ПОИСК Статьи Чертежи Таблицы Отпуск из "Технология термической обработки металлов Издание 2 " Нормализацией называют процесс термической обработки, заключающийся в нагреве до температуры на 40—50° С выше температуры в точке Лсз для доэвтектоидной или в точке Аст для заэвтектоидной стали с последующим охлаждением на воздухе для получения тонкопластинчатой перлитной структуры. [c.58] При нормализации низкоуглеродистых сталей происходят те же процессы, что и при отжиге, т. е. измельчение зерен. Но, кроме того, вследствие охлаждения более быстрого, чем при отжиге, и получающегося при этом большего переохлаждения перлит получается более дисперсным, а его количество большим, так как частично подавляется выделение феррита или цементита и образуется квазиэвтектоид (см. рис. 47). Механические свойства при этом оказываются более высокими (повышенная прочность и твердость), чем при более медленном охлаждении (при отжиге). [c.58] Нормализация по сравнению с отжигом — более экономичная операция, так как не требует охлаждения вместе с печью. Для низкоуглеродистых сталей нормализация широко применяется вместо отжига. Но для высокоуглеродистых сталей нормализация не может заменить отжиг, так как твердость таких сталей после нормализации получается значительно более высокой, чем после отжига (например, твердость стали У10 после отжига НВ 197, а после нормализации НВ 255—320). [c.58] В некоторых средне- и высоколегированных сталях (например, в стали 18Х2Н4ВА, быстрорежущей стали) при охлаждении на воздухе образуется структура мартенсита. Такой процесс относится не к нормализации, а к закалке и называется воздушная закалка . [c.58] Нормализацию применяют также для устранения цементитной сетки в заэвтектоидных сталях. При нагреве заэвтектоидной стали с цементитной сеткой выше температуры в критической точке А т образуется структура аустенита. Если после такого нагрева при медленном охлаждении (при отжиге) цементит выделяется в виде сетки, то ускоренное охлаждение на воздухе (нормализация) препятствует выделению цементита по границам зерен и образуется мелкая феррито-цементитная смесь. [c.58] Выбор температуры. Закалкой называется процесс термической обработки, заключающийся в нагреве стали до температуры выше критической и последующем достаточно быстром охлаждении для получения вместо механической смеси фаз пересыщенного твердого раствора с искаженной решеткой (мартенсита). В результате закалки прочность и твердость стали повышаются, а пластичность снижается. [c.58] Температуру нагрева при закалке углеродистых сталей выбирают по левой нижней части диаграммы железо—цементит (рис. 55). При закалке доэвтектоидные стали нагревают до температуры на 30—50° С выше температуры в верхней критической точке Лсд, т. е. выше линии С5 диаграммы железо—це.ментит. При таком нагреве исходная феррито-перлитная структура превращается в аустенит, а после охлаждения со скоростью больше критической образуется структура мартенсита. При нагреве доэвтектоидной стали до более низкой температуры, например выше критической точки Ас , т. е. выше линии РЗ диаграммы железо— цементит, но ниже точки Лсд структура и свойства стали будут изменяться следующим образом. Исходная феррито-перлитная структура при таком нагреве не будет полностью превращаться в аустенит, а часть феррита останется не превращенным и структура будет аустенит и феррит. Феррита в стали останется тем больше, чем температура нагрева ближе к температуре в точке Ас . Структура после охлаждения будет мартенсит и феррит. Феррит, имеющий низкую твердость, понижает общую твердость закаленной стали такая закалка называется неполной. [c.59] При закалке заэвтектоидные стали нагревают до температуры на 30—50° С выше температуры в нижней критической точке, т. е. выше линии ЗК диаграммы железо—цементит. Так как эта линия горизонтальная и соответствует температуре 727° С, для заэвтектоидной стали можно указать интервал температуры нагрева для закалки 760—790° С. При таком нагреве исходная структура перлит и цементит не будет полностью превращаться в аустенит, а часть вторичного цементита останется нерастворенной и структура будет аустенит и цементит. После охлаждения со скоростью больше критической аустенит превратится в мартенсит. Структура закаленной стали будет состоять из мартенсита и цементита такая закалка будет неполной. [c.59] Но если неполная закалка доэвтектоидных сталей ухудшает их свойства, то неполная закалка заэвтектоидных сталей улучшает их свойства и является нормальной. Это объясняется тем, что в заэвтектоидных сталях в результате неполной закалки сохраняется избыточный цементит, обладающий большей твердостью по сравнению с мартенситом. Поэтому наличие в структуре закаленной заэвтектоидной стали кроме мартенсита еще и цементита повышает твердость и износостойкость стали. [c.59] Охлаждающие среды. Скорость охлаждения стали, нагретой до температуры закалки, влияет на результат закалки. Оптимальной закалочной средой является та среда, которая быстро охлаждает деталь в интервале температур минимальной устойчивости аустенита (550—650° С), чтобы предупредить его распад на феррито-цементитную смесь, и замедленно (или с очень большой скоростью) — в интервале температур мартенситного превращения (ниже 200—300° С), чтобы обеспечить одновременность мар-тенситообразования во всех зонах охлаждаемой детали и этим снизить опасность образования трещин. [c.60] Наиболее распространенными закалочными средами являются вода, водные растворы солей, щелочей, масло, расплавленные соли. При охлаждении в воде и масле, температура кипения которых ниже температуры охлаждаемых в них деталей, скорость охлаждения различна в начальном, среднем и конечном периодах охлаждения и подразделяется на три стадии (рис. 56) I — пленочного кипения II — пузырчатого кипения III — конвективного теплообмена. Между этими стадиями в промежутках а и б наблюдается переходное состояние. [c.60] Стадия пленочного кипения характеризуется образованием вокруг охлаждаемой детали паровой пленки, отделяющей раскаленную поверхность от жидкости, и поэтому скорость охлаждения на данной стадии сравнительно невелика. [c.60] Стадия пузырчатого кипения наступает при более низких температурах охлаждаемой поверхности, когда паровая пленка разрушается, создается непосредственный контакт жидкости с деталью при кипении жидкости возникают пузырьки пара, на что затрачивается большое количество тепла, в связи с чем охлаждение происходит с большой скоростью. [c.60] Стадия конвективного теплообмена наступает при понижении температуры на поверхности ниже температуры кипения жидкости. Скорость теплоотвода в этой стадии низка, и охлаждение протекает с небольшой скоростью. [c.61] Вода охлаждает быстрее, чем масло (в 6 раз при 550—650° С и в 28 раз при 200° С) (рис. 57). Поэтому воду применяют для охлаждения деталей из сталей с бо.льшой критической скоростью закалки (углеродистые стали), а в масле охлаждают детали из стали с малой критической скоростью закалки (легированные стали). [c.61] Недостатком воды является большая скорость охлаждения при пониженных температурах, что вызывает неодновременность образования мартенсита в разных зонах охлаждаемой детали, приводит к появлению больших структурных напряжений и создает опасность возникновения трещин. Однако при охлаждении потоком воды со скоростями, превышающими 2500% (для чего необходимы специальные устройства), обеспечивается одновременность мартенситного превращения по всему контуру охлаждаемой детали, что уменьшает или даже полностью исключает появление закалочных трещин. Твердость на поверхности деталей после такого охлаждения выше, чем при охлаждении с малыми скоростями (в масле), на 5—10 единиц HR , что объясняется частичным отпуском мартенсита при охлаждении в масле. Данный способ охлаждения широко применяется для деталей сложной формы, подвергаемых поверхностной закалке при индукционном нагреве. [c.61] В качестве охлаждающей среды при закалке используют также кипящий (псевдоожиженный) слой. Псевдоожижение заключается в интенсивном перемешивании частиц твердого зернистого материала (например, корунда, песка, руды, металлического порошка) восходящим потоком газа. При достаточной скорости газа твердые частицы приобретают подвижность и слой становится похожим на вязкую жидкость. Скорость охлаждения в кипящем слое зависит от размера частиц, теплопроводности газа и может быть отрегулирована в широких пределах. Для предохранения деталей сложной формы от коробления при закалке применяют охлаждение в специальных штампах и приспособлениях. Расплавленные соли применяют при ступенчатой и изотермической закалке. [c.62] Прокаливаемость стали. Под прокаливаемостью подразумевают способность стали закаливаться на определенную глубину. Прокаливаемость не надо смешивать с закаливаемостью, которая характеризуется максимальным значением твердости, приобретенной сталью в результате закалки. Прокаливаемость — одна из важнейших характеристик качества стали, во многом определяющая служебные свойства, надежность и долговечность работы машин. Знать фактическую прокаливаемость различных сталей необходимо для их рационального применения. [c.62] Критическая скорость закалки уменьшается, и, следовательно, прокаливаемость увеличивается 1) с повышением в стали содержания углерода и легирующих элементов (марганца, хрома, никеля, молибдена и других, за исключением кобальта), растворенных в аустените, повышающих устойчивость переохлажденного аустенита 2) с укрупнением зерна аустенита (с уменьшением суммарной протяженности границ зерен аустенита, по которым преимущественно образуются центры кристаллизации). [c.63] Вернуться к основной статье