Природно-мелкозернистые стали

Природно-мелкозернистыми называют стали, в которых при нагреве до 1000-1100 °С кристаллы аустенита растут с малой скоростью; к таковым относятся стали, дополнительно раскислявшиеся алюминием, а также легированные стали, содержащие карбидооб-разующие элементы, особенно титан и ванадий. Предполагают, что тормозящее влияние на рост зерен оказывают частицы нитрида алюминия, которые, располагаясь по границам зерен, механически препятствуют собирательной рекристаллизации; при температуре, большей 1000-1100 °С, нитрид алюминия распадается, и препятствия для роста исчезают.

21) Виды термической обработки стали: отжиг, нормализация, закалка, отпуск. Отжиг на зернистый перлит.

Термическая обработка – это совокупность операций нагрева, выдержки и охлаждения, проводимых в определенной последовательности с целью изменения внутреннего строения сплава и получения необходимых физико-механических свойств.

В основе термической обработки лежат фазовые превращения в твердом состоянии.

- первое превращение – это превращение перлита в аустенит, которое происходит при нагреве: П→А (рис. 8.1).

Рис. 8.1. Изменение энергии фаз в зависимости от температуры

- второе превращение – это превращение аустенита в феррито-цементитные смеси разной дисперсности в зависимости от скорости охлаждения: А→Ф+Ц;

- третье превращение заключается в превращении аустенита в мартенсит А→М при быстром охлаждении (при закалке);

- четвертое превращение заключается в разложении мартенсита при отпуске закаленной стали (М → продукты распада).

Любой технологический процесс термической обработки состоит из определенных комбинаций этих четырех превращений.

Отжиг – термическая обработка, в результате которой металлы или сплавы приобретают структуру, близкую к равновесной: отжиг вызывает разупрочнение металлов и сплавов, сопровождающееся повышением пластичности и снятием остаточных напряжений. Температура нагрева зависит от состава сплава и разновидности отжига; скорость охлаждения с температуры отжига обычно невелика – в пределах 30-200°С/ч.

Закалка – термическая обработка, в результате которой в сплавах образуется неравновесная структура. Неравновесные структуры можно получить только в том случае, если в сплавах имеются превращения в твёрдом состоянии: переменная растворимость, полиморфные превращения твёрдых растворов, распад высокотемпературного твёрдого раствора по эвтектоидной реакции. Для получения неравновесной структуры сплав нагревают выше температуры фазового превращения в твёрдом состоянии, после чего быстро охлаждают, чтобы предотвратить равновесное превращение при охлаждении.

Конструкционные и инструментальные сплавы закаливают для упрочнения (особенно – с эвтектоидным превращением). Прочность возрастает либо вследствие мартенситного фазового перехода, либо из-за понижения температуры эвтектоидной реакции, приводящей к измельчению зёрен, образующих эвтектоидную смесь.

^ Отпуск и старение – термические обработки, в результате которых в предварительно закалённых сплавах происходят фазовые превращения, приближающие их структуру к равновесной.

Сочетание закалки с отпуском или старением всегда предполагает получение более высокого уровня свойств (твёрдости, прочности, удельного электросопротивления) по сравнению с отожжённым состоянием.

Технологический прием «отпуск» используют применительно к сталям и сплавам, испытывающим при закалке полиморфное превращение (Al-бронзы, Ti-сплавы, ферритные стали).

Технологический прием «старение» - применительно к сплавам, не претерпевающим при закалке полиморфного превращения (Al-сплавы, Ni-сплавы, аустенитные стали).

Нормализация (термообработка) — вид термической обработки стали, заключающийся в нагреве её выше верхней критической точки, выдержке при этой температуре и последующем охлаждении на спокойном воздухе с целью придания металлу однородной мелкозернистой структуры (не достигнутой при предыдущих процессах — литьё, ковке или прокатке) и как следствие — повышение его механических свойств (пластичности и ударной вязкости).

Сфероидизирующий отжиг (на зернистый перлит) заключается в нагреве стали выше критической температуры Ас₁ на 20—30° С, выдержке при этой температуре и медленном охлаждении (25— 30° С в час) до температуры 600° С. Цель такого отжига — перевод пластинчатого перлита в зернистый (глобулярный). Обычно сфероидизации подвергают эвтектоидные и заэвтектоидные стали, получая у них высокие значения относительного удлинения и относительного сужения.