Что такое нормализация?
Нормализация – это термическая обработка, повышающая вязкость стали. После нагрева стальной детали до температуры на 30–50 °C выше температуры Ac3, её выдерживают в течение некоторого времени в тепле, а затем охлаждают на воздухе из печи. Главная особенность заключается в том, что скорость охлаждения выше, чем при отжиге, но ниже, чем при закалке. В процессе нормализации кристаллические зерна стали измельчаются при несколько более быстром охлаждении, что позволяет не только получить удовлетворительную прочность, но и значительно повысить вязкость (значение AKV) и снизить склонность детали к растрескиванию. После нормализации комплексные механические свойства некоторых видов горячекатаных листов, поковок и отливок из низколегированной стали могут быть значительно улучшены, а также повышается производительность резки.
Нормализация имеет следующие цели и применения:
① Для заэвтектоидных сталей нормализация применяется для устранения перегретой крупнозернистой структуры и видманштеттеновой структуры отливок, поковок и сварных изделий, а также полосчатой структуры проката; измельчения зерна; может использоваться в качестве предварительной термической обработки перед закалкой.
② Для гиперевтектоидной стали нормализация позволяет устранить сетчатый вторичный цементит и измельчить перлит, что не только улучшает механические свойства, но и облегчает последующий сфероидизирующий отжиг.
③ Для тонких стальных листов с низким содержанием углерода, подвергнутых глубокой вытяжке, нормализация может устранить свободный цементит на границах зерен, что повышает их эксплуатационные характеристики при глубокой вытяжке.
④ Для низкоуглеродистых и низкоуглеродистых низколегированных сталей нормализация позволяет получить более мелкочешуйчатую перлитную структуру, повысить твёрдость до HB140–190, избежать эффекта «застревания ножа» при резке и улучшить обрабатываемость. Для среднеуглеродистых сталей, где возможно применение как нормализации, так и отжига, нормализация более экономична и удобна.
⑤ Для обычных среднеуглеродистых конструкционных сталей, в ситуациях, когда не требуются высокие механические свойства, вместо закалки и высокотемпературного отпуска можно использовать нормализацию, которая не только проста в исполнении, но и обеспечивает стабильность структуры и размеров стали.
⑥ Высокотемпературная нормализация (на 150–200 °C выше температуры Ac3) позволяет снизить ликвацию компонентов в отливках и поковках благодаря высокой скорости диффузии при высоких температурах. Крупное зерно после высокотемпературной нормализации может быть измельчено последующей второй нормализацией 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 имеет хорошее сопротивление ползучести при использовании при температурах 400-550 ℃.
⑧ Помимо обработки стальных деталей и изделий, нормализация также широко применяется при термической обработке ковкого чугуна для получения перлитной матрицы и повышения прочности ковкого чугуна. Поскольку нормализация осуществляется на воздухе, температура окружающей среды, способ укладки, воздушный поток и размер заготовки влияют на структуру и эксплуатационные характеристики после нормализации. Нормализация также может быть использована в качестве метода классификации легированных сталей. Обычно легированные стали подразделяют на перлитные, бейнитные, мартенситные и аустенитные в зависимости от структуры, полученной при охлаждении на воздухе после нагрева образца диаметром 25 мм до 900 ℃.
Что такое отжиг?
Отжиг — это процесс термической обработки металла, при котором металл медленно нагревается до определённой температуры, выдерживается при этой температуре в течение достаточного времени, а затем охлаждается с заданной скоростью. Отжиг подразделяется на полный отжиг, неполный отжиг и отжиг для снятия напряжений. Механические свойства отожжённых материалов могут быть проверены испытанием на растяжение или испытанием на твёрдость. Многие стали поставляются в отожжённом состоянии. Для определения твёрдости стали по Роквеллу (HRB) можно использовать твердомер по Роквеллу. Для определения твёрдости по Роквеллу (HRT) тонких стальных листов, полос и тонкостенных стальных труб можно использовать поверхностный твердомер по Роквеллу.
Цель отжига:
① Улучшить или устранить различные структурные дефекты и остаточные напряжения, возникающие в стали в процессе литья, ковки, прокатки и сварки, для предотвращения деформации и растрескивания заготовок.
② Размягчите заготовку для резки.
③ Измельчить зерно и улучшить структуру для повышения механических свойств заготовки.
④ Подготовить конструкцию к окончательной термической обработке (закалке, отпуску).
Распространенные процессы отжига:
① Полный отжиг. Применяется для улучшения грубой перегретой структуры средне- и низкоуглеродистой стали с низкими механическими свойствами после литья, ковки и сварки. Нагревают заготовку на 30–50 °C выше температуры, при которой весь феррит превращается в аустенит, выдерживают некоторое время в тепле, а затем медленно охлаждают с печью. В процессе охлаждения происходит повторное превращение аустенита, что может привести к более мелкой структуре стали.
② Сфероидизирующий отжиг. Используется для снижения высокой твёрдости инструментальной и подшипниковой стали после ковки. Нагревают заготовку на 20–40 °C выше температуры начала образования аустенита в стали, поддерживают в тепле, а затем медленно охлаждают. В процессе охлаждения пластинчатый цементит в перлите приобретает сферическую форму, что снижает твёрдость.
③ Изотермический отжиг. Используется для снижения высокой твёрдости некоторых легированных конструкционных сталей с высоким содержанием никеля и хрома, предназначенных для обработки резанием. Обычно сначала отжиг охлаждают до наиболее нестабильной температуры аустенита с относительно высокой скоростью и выдерживают в течение определённого времени. Аустенит превращается в троостит или троостит, что позволяет снизить твёрдость.
4. Рекристаллизационный отжиг. Применяется для устранения эффекта упрочнения (повышения твёрдости и снижения пластичности) металлической проволоки и тонких листов при холодном волочении и холодной прокатке. Температура нагрева обычно на 50–150 °C ниже температуры начала образования аустенита в стали. Только таким образом можно устранить эффект упрочнения и размягчить металл.
⑤ Графитизирующий отжиг. Он используется для превращения чугуна с высоким содержанием цементита в ковкий чугун с высокой пластичностью. Процесс заключается в нагревании отливки до температуры около 950 °C, выдержке в течение определённого времени и последующем охлаждении до необходимого уровня для разложения цементита с образованием хлопьевидного графита.
⑥ Диффузионный отжиг. Используется для гомогенизации химического состава отливок из сплавов и улучшения их эксплуатационных свойств. Метод заключается в нагревании отливки до максимально возможной температуры без расплавления, длительном поддержании её в тепле, а затем медленном охлаждении после диффузии различных элементов в сплаве и достижения равномерного распределения.
⑦ Отжиг для снятия напряжений. Применяется для снятия внутренних напряжений в стальных отливках и сварных деталях. Для стальных изделий температура ниже 100–200 °C, при которой начинается образование аустенита, после нагревания и последующего охлаждения на воздухе после выдержки в тепле позволяет снять внутренние напряжения.
Время публикации: 11 июня 2024 г.