Технология металлов

Нормализацией называют термическую обработку, заключающуюся в нагреве стали на 30—50° выше темпера - тур А_с3, или А_сm с последующим охлаждением на спокойном воздухе.

В низкоуглеродистых сталях после нормализации получается такая же структура, как и после отжига. В связи с этим для низкоуглеродистых сталей операция отжига заменяется нормализацией, что экономически более выгодно (большая экономия времени).

В среднеуглеродистых сталях (0,3—0,6% С) после нормализации структура состоит из сорбита или сорбитообразного перлита со структурно свободным ферритом, количество которого зависит от содержания углерода. При этом твердость и прочность стали возрастают по сравнению с отожженным состоянием.

Закалкой металла называют операцию термической обработки, состоящую в нагреве до температур выше на 20—30° верхней критической точки А_Сз для доэвтектоидной стали и выше нижней критической точки А_С1, для заэвтектоидной стали с последующим быстрым охлаждением.

Цель закалки— придание стали высокой твердости и прочности за счет получения структуры мартенсита.

Для высоколегированных сталей нормализация может привести к получению структур троостита и мартенсита либо чистого мартенсита и является по существу закалкой.

Скорость охлаждения при закалке должна обеспечить получение структуры мартенсита. Для этого охлаждение должно вестись со скоростью больше критической скорости закалки.

Если быстрое охлаждение не будет обеспечено, то в стали получатся иные структуры: троостит, сорбит или перлит, и она не приобретет желаемую твердость и прочность.

Однако большая скорость охлаждения необходима не при всех температурах.

В нижнем интервале температур 300—200° скорость охлаждения может быть меньше критической скорости закалки, так как при любой скорости, иногда даже и на воздухе, аустенит будет превращаться в мартенсит.

При охлаждении изделия различные слои его охлаждаются с разной скоростью. Поверхностные слои металла охлаждаются быстрее, чем внутренние.

Чем большего сечения изделие, тем эта неоднородность будет больше. В результате мартенситную структуру будут иметь лишь поверхностные слои металла, охлаждающиеся со скоростью больше критической скорости закалки.

В центре изделия могут образовываться структуры:

• перлит,

• сорбит или тростит,

в зависимости от размеров сечения изделия. Мартенситная структура в изделии образуется лишь на какой-то глубине.

По способу охлаждения различают следующие виды закалки.

Закалка в одной среде

Такая закалка проще по выполнению, но не для любой стали и не для любых изделий ее можно применять.

Быстрое охлаждение в большом интервале температур изделий переменного сечения способствует возникновению температурной неравномерности и больших внутренних напряжений, называемых термическими.

Помимо термических напряжений, при превращении аустенита в мартенсит создаются дополнительно так называемые структурные напряжения, связанные с тем, что превращение аустенита в мартенсит происходит с увеличением объема.

Способ погружения в закалочную жидкость изделий сложной формы имеет большое значение.

На рисунке показано, как может покоробиться брус квадратного сечения в зависимости от способа погружения в охлаждаемую жидкость.

Для уменьшения коробления применяют механические средства, препятствующие свободному короблению изделий под действием структурных и термических напряжений.

При закалке могут иметь место следующие дефекты:

Недостаточная твердость закаленного изделия

Такой вид брака может появляться в результате неправильно выбранной температуры закалки или недостаточно интенсивного охлаждения.

Например, при закалке доэвтектоидных сталей недостаточная твердость может получиться в результате того, что температура закалки была ниже А_С3 и в структуре стали сохранился феррит.

Кроме того, в доэвтектоидной стали пониженная твердость может быть результатом перегрева. Образование при этом крупноигольчатой структуры мартенсита, помимо пониженной твердости, вызывает понижение ударной вязкости.

Обработка холодом состоит в погружении на некоторое время закаленных деталей в среду, имеющую температуру ниже нуля. После этого детали вынимают на воздух.

Выдержку при обработке холодом определяют временем, необходимым для полного охлаждения всей детали и выравнивания температур по сечению.

Охлаждение изделия до отрицательных температур производят в смеси твердой углекислоты (сухой лед) со спиртом, дающей охлаждение до —78,5° либо в жидком азоте (—196°).

Отпуском называется операция термической обработки, состоящая в нагреве закаленной стали до температуры ниже критической точки AC₁, выдержке при этой температуре с последующим охлаждением.

В зависимости от температуры нагрева различают два вида отпуска:

1. низкий,

2. высокий.

Низкий отпуск

Низкий отпуск характеризуется нагревом в интервале 120—200°, выдержкой и последующим охлаждением на воздухе. Этот вид отпуска применяют для инструментов и точных деталей, изготовляемых из инструментальной стали, для которых важны высокая твердость и постоянство размеров.

Шестерня

Шестерня (см. рисунок) может изготовляться из стали 45.

1. После предварительной механической обработки (нарезание зубьев): шестерню следует закалить.

2. Нагрев под закалку можно произвести в электрической лечи камерного типа. Температура нагрева 820—840°.

3. Выдержка при этой температуре 30—20 мин.