Что такое нормализация?
Нормализация — это термическая обработка, повышающая ударную вязкость стали. После нагрева стального компонента до температуры на 30–50 ℃ выше температуры Ac3, его выдерживают некоторое время в нагретом состоянии, а затем охлаждают на воздухе вне печи. Главная особенность заключается в том, что скорость охлаждения выше, чем при отжиге, но ниже, чем при закалке. В процессе нормализации происходит измельчение кристаллических зерен стали при несколько более быстром охлаждении, что позволяет не только получить удовлетворительную прочность, но и значительно повысить ударную вязкость (значение AKV) и снизить склонность компонента к растрескиванию. После нормализации значительно улучшаются комплексные механические свойства некоторых низколегированных горячекатаных стальных листов, низколегированных стальных поковок и отливок, а также повышаются режущие характеристики.
Нормализация преследует следующие цели и служит следующим целям:
① Для заэвтектоидной стали нормализация используется для устранения перегретой крупнозернистой структуры и структуры Видманштеттена в отливках, поковках и сварных соединениях, а также полосчатой структуры в прокатанных материалах; измельчения зерен; и может использоваться в качестве предварительной термообработки перед закалкой.
② В случае заэвтектоидной стали нормализация позволяет устранить вторичный цементит в сетчатой структуре и измельчить перлит, что не только улучшает механические свойства, но и облегчает последующий сфероидизирующий отжиг.
③ Для тонкостенных стальных пластин из низкоуглеродистой стали, подвергнутых глубокой вытяжке, нормализация позволяет устранить свободный цементит на границах зерен, что улучшает их характеристики при глубокой вытяжке.
④ Для низкоуглеродистой и низкоуглеродистой низколегированной стали нормализация позволяет получить более мелкозернистую перлитную структуру, повысить твердость до HB140-190, избежать явления «залипания ножа» при резке и улучшить обрабатываемость. Для среднеуглеродистой стали, в ситуациях, когда можно использовать как нормализацию, так и отжиг, нормализация является более экономичным и удобным вариантом.
⑤ В случае обычной среднеуглеродистой конструкционной стали, когда не требуются высокие механические свойства, вместо закалки и высокотемпературного отпуска можно использовать нормализацию, что не только упрощает процедуру, но и обеспечивает стабильность структуры и размеров стали.
⑥ Высокотемпературная нормализация (150-200℃ выше Ac3) может уменьшить сегрегацию компонентов в отливках и поковках благодаря высокой скорости диффузии при высоких температурах. Крупные зерна после высокотемпературной нормализации могут быть измельчены путем последующей второй нормализации при более низкой температуре.
⑦ Для некоторых низко- и среднеуглеродистых легированных сталей, используемых в паровых турбинах и котлах, часто применяется нормализация для получения бейнитной структуры, а затем высокотемпературный отпуск, который обеспечивает хорошую ползучесть при использовании при температуре 400-550℃.
⑧ Помимо стальных деталей и изделий, нормализация также широко используется при термообработке высокопрочного чугуна для получения перлитной матрицы и повышения прочности чугуна. Поскольку характерной особенностью нормализации является воздушное охлаждение, температура окружающей среды, способ укладки, поток воздуха и размер заготовки влияют на структуру и характеристики после нормализации. Нормализованная структура также может использоваться в качестве метода классификации легированной стали. Обычно легированная сталь делится на перлитную, бейнитную, мартенситную и аустенитную в зависимости от структуры, полученной при воздушном охлаждении после нагрева образца диаметром 25 мм до 900℃.
Что такое отжиг?
Отжиг — это процесс термической обработки металла, при котором металл медленно нагревается до определенной температуры, выдерживается в течение достаточного времени, а затем охлаждается с соответствующей скоростью. Термическая обработка при отжиге делится на полный отжиг, неполный отжиг и отжиг для снятия напряжений. Механические свойства отожженных материалов можно проверить с помощью испытания на растяжение или испытания на твердость. Многие стали поставляются в состоянии после отжига. Твердость стали можно определить с помощью твердомера Роквелла (HRB). Для более тонких стальных пластин, стальных полос и тонкостенных стальных труб можно использовать твердомер Роквелла для определения твердости при высоких температурах (HRT).
Цель отжига заключается в следующем:
① Улучшить или устранить различные структурные дефекты и остаточные напряжения, возникающие в стали в процессе литья, ковки, прокатки и сварки, чтобы предотвратить деформацию и растрескивание заготовок.
② Подготовьте заготовку к резке, чтобы она стала мягче.
③ Измельчение зерен и улучшение структуры для повышения механических свойств заготовки.
④ Подготовьте конструкцию к окончательной термической обработке (закалка, отпуск).
К распространенным процессам отжига относятся:
① Полный отжиг. Он используется для измельчения грубой перегретой структуры средне- и низкоуглеродистой стали с плохими механическими свойствами после литья, ковки и сварки. Заготовку нагревают до температуры на 30-50℃ выше температуры, при которой весь феррит превращается в аустенит, выдерживают некоторое время в нагретом состоянии, а затем медленно охлаждают в печи. В процессе охлаждения аустенит снова преобразуется, что позволяет измельчить структуру стали.
② Сфероидизирующий отжиг. Используется для снижения высокой твердости инструментальной и подшипниковой стали после ковки. Заготовку нагревают до температуры на 20-40℃ выше температуры начала образования аустенита в стали, поддерживают ее в нагретом состоянии, а затем медленно охлаждают. В процессе охлаждения пластинчатый цементит в перлите приобретает сферическую форму, что снижает твердость.
③ Изотермический отжиг. Используется для снижения высокой твердости некоторых легированных конструкционных сталей с высоким содержанием никеля и хрома, используемых для резки. Как правило, сначала сталь охлаждают до наиболее нестабильной температуры аустенита с относительно высокой скоростью, а затем поддерживают нагрев в течение соответствующего времени. Аустенит превращается в троостит, и твердость может быть снижена.
④ Рекристаллизационный отжиг. Используется для устранения явления упрочнения (повышения твердости и снижения пластичности) металлических проволок и тонких пластин в процессе холодной вытяжки и холодной прокатки. Температура нагрева обычно на 50-150℃ ниже температуры, при которой сталь начинает образовывать аустенит. Только таким образом можно устранить эффект упрочнения и размягчить металл.
⑤ Графитизирующий отжиг. Используется для превращения чугуна, содержащего большое количество цементита, в ковкий чугун с хорошей пластичностью. Технологический процесс заключается в нагреве отливки примерно до 950℃, выдержке в течение определенного времени, а затем соответствующем охлаждении для разложения цементита с образованием хлопьевидного графита.
⑥ Диффузионный отжиг. Используется для гомогенизации химического состава сплавов при литье и улучшения их характеристик. Метод заключается в нагреве отливки до максимально возможной температуры без плавления, длительном поддержании ее в нагретом состоянии, а затем медленном охлаждении после диффузии различных элементов сплава и достижения ими равномерного распределения.
⑦ Отжиг для снятия внутренних напряжений. Используется для устранения внутренних напряжений в стальных отливках и сварных деталях. Для стальных изделий, температура которых после нагрева начинает образовываться аустенит, ниже 100-200℃, а затем охлаждение на воздухе после выдержки в нагретом состоянии позволяет устранить внутренние напряжения.
Дата публикации: 11 июня 2024 г.