Лекция 7 Отжиг сталей и чугунов Структура

Лекция 7. Отжиг сталей и чугунов

Структура стали после литья

Основные процессы отжига сталей 1) Аустенизация - процесс образования аустенита при нагреве стали; 2) Перлитное превращение – в процессе охлаждения или изотермической выдержки при температуре ниже Ас1

Размер зерна при аустенизации Средний размер зерна S 10 -3 мкм 2 Средняя площадь зерна в эвтектоидной стали, Наследственно мелкозернистые (2) и крупнозернистые (1) стали 1 Ас1 2 930 С Температура

Влияние раскисления на размер аустенитного зерна Нагрев 900 С Сталь с малым содержанием Al Сталь, раскисленная Al

Типы отжига сталей • • Полный отжиг; Неполный отжиг; Сфероидизирующий отжиг Изотермический отжиг; • Нормализационный отжиг (нормализация); • Патентирование

Полный отжиг • проводится для доэвтектоидных сталей при температуре на 20 -40 выше Ас3 с последующим охлаждением со скоростью 200 град/ч • формируется структура состоящая из избыточного феррита и перлита • устранение пороков структуры, возникших при предыдущей обработке (литье, деформации, сварке)

Неполный отжиг • проводится для доэвтектоидных сталей при нагреве до температуры выше Ас1, но ниже Ас3 • применяется ограниченно, так как при температуре неполного отжига избыточный феррит не исчезает, а соответственно часть пороков стали не устраняется • используют для смягчения стали перед обработкой резанием, поскольку образуется мягкий перлит. Это позволяет снизить стоимость обработки

Сфероидизирующий отжиг • отжиг при Т=740 -780 о. С с последующим медленным охлаждением со скоростью 200 /ч. При этом происходит сфероидизация цементита • цель – получить зернистый цементит, что повышает пластические свойства заэвтектоидной стали • применяют циклический или маятниковый отжиг для полной сфероидизации цементита (циклы нагрева-охлаждения от 740 о. С до 680 о. С и обратно • структура стали У 12 после сфероидизирующего отжига

Изотермический отжиг аустенизация стали при температуре выше Аc 3 охлаждение до температуры ниже Ас1 с изотермической выдержкой Межплас- Твердость Перлитная Величина Скорость тинчатое стали У 8, структура переохлаждения расстоя. НВ, МПа ние, мкм Перлит От Ас1 до 650 о. С 1 град/мин (с печью) 0, 5 -1 мкм 170 -230 Сорбит От 650 до 600 о. С 10 град/мин (на воздухе) 0, 4 -0, 2 мкм 230 -330 Троостит От 600 до 550 о. С 10 град/сек менее 0, 1 (в масле) мкм 330 -400

Нормализационный отжиг (нормализация) аустенизация при температуре на 30 -50 градусов выше GSE последующее охлаждение на воздухе • В результате более резкого охлаждения формируется более тонкая структура чем при отжиге. • Частично подавляется выделение избыточных фаз. • Чаще всего проводят как промежуточную операцию для устранения пороков стали и смягчения перед резанием.

Патентирование нагрев стальной проволоки на 150 -200 о. С выше Ас 3 Выдержка в соляной или свинцовой ванне с температурой 450 -550 о. С • применяют для сталей с содержанием углерода 0, 450, 85%; • проволока имеет ферритно-цементитную структуру с очень малым межпластинчатым расстоянием (сорбит патентирования), избыточные фазы не сорбит патентирования успевают образоваться и вся структура является квазиэвтектоидной • Используют перед волочением канатной, пружинной и рояльной проволоки, чтобы не было обрывов при волочении

«Дефекты» отжига сталей • Видманштеттова структура • Полосчатая структура • Волокнистая структура

Видманштеттова структура доэвтектоидной стали заэвтектоидной стали Причины: - перегрев стали (образуется крупное зерно аустенита); - ускоренное охлаждение (на воздухе).

Неметаллические включения в литой стали сульфиды оксиды

Полосчатая структура стали Обусловлена: - повышенным содержанием серы в стали; - горячей пластической деформацией

Термическая обработка чугунов графитизирующий отжиг Отжиг белого чугуна на ковкий низкотемпературный смягчающий отжиг нормализация отжиг для устранения отбела графитизирующий отжиг сталей

Отжиг белого чугуна на ковкий • Первая стадия – отжиг при 900 -1050 о. С, 10 ч. Происходит графитизация - цементит растворяется, образуется углерод отжига, на который при охлаждении наслаивается вторичный графит • вторая – отжиг при 760 -720 о. С, происходит эвтектоидный распад аустенита на феррит и графит. Идет наслоение эвтектоидного графита на углерод отжига и вторичный графит • отжиг на первой стадии в нейтральной среде способствует формированию ковкого чугуна на ферритной основе, а отжиг в окислительной среде – формированию ковкого чугуна на перлитной основе • В основном такой обработке подвергают доэвтектический белый чугун, так как в таком чугуне высока склонность к охрупчиванию, обусловленная большим количеством вторичного цементита по границам перлита

отжиг для устранения отбела • В тонких сечениях отливок из серого и высокопрочного чугуна с шаровидным графитом изза ускоренного охлаждения кристаллизуется ледебурит, вследствие чего излом чугуна становится белым. Это явление называется отбеливанием чугуна, оно приводит с ухудшению механических чугуна свойств чугуна • отжиг 850 -950 С в течение 0, 5 -5 ч с последующим охлаждением на воздухе • Цель - улучшение обрабатываемости резанием и Цель повышения пластичности отбеленного чугуна • Вместо отбела получается серый чугун на перлитной или на феррито-перлитной основе

низкотемпературный смягчающий отжиг • Режим отжига - 670 -750 о. С в течение 1 -4 ч Режим отжига • Цель - снижение твердости и улучшение Цель обрабатываемости резанием серых чугунов на перлитной или на феррито-перлитной основе • Процессы – 1) частичная графитизация перлитного цементита; 2) частичная сфероидизация цементита

Графитизирующий отжиг стали • Общность процессов графитизации • Проводится для заэвтектоидных сталей с 12%Si, 5 -10%Ni (кремний и никель способствуют графитизации) • Компактные включения графита в заэвтектоидной стали обеспечивают в графитизированной стали хорошие антифрикционные свойства и сопротивление изнашиванию

Нормализация чугуна • упрочняющая термообработка. Она не очень распространена, т. к. не дает большого упрочнения в серых чугунах с пластинчатым графитом. Нормализацию в основном используют для высокопрочных чугунов с шаровидным графитом. • В процессе такой обработки происходит аустенизация и последующее перлитное превращение. • Режим - 850 -950 о. С 0, 5 -3 ч с охлаждением на воздухе или в воздушной струе. • После аустенизации структура состоит из графита и аустенита, при выдержке растет количество растворенного в металлической основе углерода (Ссвяз) и при охлаждении образуется перлитная или сорбитная основа. • Устраняется свободный феррит и растет дисперсность основы – твердость (НВ, МПа) увеличивается от 150 до 200 -250.

Модифицирование чугунов • при введении в жидкий чугун небольших количеств (порядка 0, 1 %) поверхностно активных веществ, например магния, при кристаллизации возникают шаровидные включения графита Серый чугун относительное удлинение предел прочности в Модифицированный высокопрочный чугун 0, 2 0, 8 % 10 12 % 120 380 МПа 600 700 МПа