Для установления режима охлаждения пользуются диаграммами изотермического распада переохлаждения аустенита (рисунок 37).

В зависимости от степени переохлаждения аустенита различают превращения 3 типов.

· Перлитное превращение протекает в верхнем интервале температур, прилегающих к критической точке А1 - это превращение заключается в диффузионном распаде переохлажденного аустенита с образованием эвтектоида. Перлитное превращение 2-х фазное. Продукты перлитного превращения обычно имеют пластинчатое строение. Чем больше степень переохлаждения, тем тоньше получающаяся ферритно - цементитная структура, т.е. меньше межпластинчатое расстояние.

  Перлит D = 0,6 – 1 мкм     - 670 – 650^оС ® П (D - расстояние между пластинами).

  Сорбит D = 0,25 – 0,3 мкм - 640 – 580^оС.

  Тростит D = 0,1 – 0,15 мкм - 580 – 550^оС.

· Мартенситное  превращение представляет собой пересыщенный раствор углерода в a -железе. Это превращение происходит только после переохлаждения аустенита до температуры в точке Мн и протекает в интервале температур Mн -Mк ниже температуры 240^оC. Превращение носит бездиффузионный характер. Содержание углерода в мартенсите такое же как и в аустените.

· Бейнитное (промежуточное превращение) протекает между перлитным и мартенситным  превращением. В результате образуется промежуточная структура - бейнит - это смесь из а -твердого раствора, претерпевающего мартенситное превращение и частиц карбидов.

Рисунок 37

О сновные превращения при ТО стали

1) При нагреве выше критической точки А1 727 перлит в аустенит.

2) При охлаждении аустенита при температуре Ar1 аустенит распадается на перлит.

3) При быстром охлаждении аустенита (закалка), аустенит превращается в мартенсит.

4) Разложение мартенсита при отпуске, структура *мартенсит - продукты распада.

Отжиг 1 рода

Целью отжига является повышение пластичности. Отжиг, при котором нагрев и выдержка производится с целью приведения его в устойчивое состояние за счет снятия напряжения, уменьшения искажения кристаллической решетки, за счет диффузии и рекристаллизации называется отжигом 1 рода.

Отжиг 1 рода не связан с фазовыми превращениями. При отжиге фазы нагреваются ниже температуры фазовых превращений.

Разновидности отжига 1 рода

1) Гомогенизация (диффузионный) устраняет ликвацию (неоднородность химического состава и структуры). Проводится при t = 1000-1100^о; время отжига состоит от нескольких часов до нескольких десятков часов. Охлаждение после отжига выше критической температуры производится в печке со скоростью 200^оС в час. Структура при отжиге 1 рода не изменяется.

2) Рекристаллизационный отжиг. Применяется для деформирования детали выше температуры рекристаллизации. В процессе и выдержке происходит рекристаллизация, при которой структура и фазовые состояния  не изменяются, а изменяется только величина зерна, отжиг проводится после
холодной пластической деформации, при этом скорость охлаждения не имеет решающего значения, поэтому охлаждение по окончанию выдержки проводится при спокойном воздухе.

3) Технологический отжиг применяется для снятия остаточных напряжений, возникающих в результате технологического воздействия из - за неравномерного охлаждения. Технологический отжиг для стали проводится при t = 400 – 600^оС время выдержки в среднем 4 часа (зависит от массы детали). По окончанию выдержки изделие охлаждается медленно на воздухе, допустимая скорость охлаждения зависит от массы изделия, формы, теплопроводности и обычно лежит в пределах 20 – 200^оС в час.

Отжиг 2 рода

Перекристаллизационным отжигом называется отжиг, при котором нагрев производится выше температуры фазовых превращений с последовательным медленным охлаждением для получения структурно равновесного состава.

Разновидности отжига 2 рода

1) Полный отжиг применяется для  доэвтектоидных сталей. Нагрев производится выше критической точки Ас3 на 20 - 40^оС и медленно охлаждается вместе с печью со скоростью 200^оС в час для углеродистых сталей, и 30 - 100^оС в час для легированных сталей. В процессе охлаждения получается полная перекристаллизация структуры. После отжига получается структура мелкозернистая феррито - перлитная структура. Применяется для улучшения обрабатываемости резанием.

2) Неполный отжиг применяется  для всех сталей. Нагрев производится выше точки Ас1 на 20 – 40^оС, но ниже АсЗ. При охлаждении происходит перекристаллизация только перлитной части структуры, а ферритная часть сохраняется. Такой отжиг более экономичен и способствует хорошей обрабатываемости резанием.

3) Циклический отжиг применяется для заэвтектоидных сталей. Нагревают выше точки Ас1            на 20 – 50^оС, а после охлаждения ниже Аг1 на 30 – 50^оС и повторяют несколько раз. При этом цементитные пластинки делятся на мелкие зерна цементита, в результате чего получается структура зернистый перлит, который обеспечивает хорошую обрабатываемость заэвтектоидных сталей резанием.

Рисунок 3 8

4) Изотермический отжиг применяется для легированных сталей, повышая их обрабатываемость. Нагрев стали в начале как для полного отжига выше АсЗ на 30 – 50^оС далее выдержка, затем охлаждение до температуры изотермической выдержки (ниже Аг1) на 50 – 100^оС. По окончанию полного распада аустенита деталь вынимают из печи и охлаждают на воздухе.

5) Нормализация. Сталь нагревают выше АсЗ для доэвтектоидных сталей и выше Асм для заэвтектоидных сталей на 30 – 50^оС, затем охлаждают на спокойном воздухе. Твердость и прочность сталей на 10 - 15% выше, чем после отжига. Нормализация обеспечивает полную перекристаллизацию структуры. Назначение нормализации различно в зависимости от состава стали. Для низкоуглеродистых сталей нормализация проводится вместо полного отжига. Для среднеуглеродистых сталей нормализация проводится вместо закалки и высокого отпуска, для высокоуглеродистых - для устранения цементитной сетки. После нормализации структура также как после отжига - феррито-перлитная.

Закалка

Цель: получение высокой твердости.

Она заключается в нагреве сплава выше температуры фазовых превращений в твердом состоянии, выдержке при данной t и охлаждении со скоростью более какой-то критической скорости.

Критическая скорость охлаждения - это минимальная скорость, при которой подавляются все диффузионные процессы, и после закалки с этой скоростью имеет структуру мартенсит.

Для доэвтектических сталей рационально применять полную закалку для заэвтектических - неполную. Доэвтектоидные стал нагревают до t =30 – 50^оС выше точки АсЗ. Заэвтектоидные стали под закалку нагревают до t выше точки Ас1 на 15 – 20^оС. Для многих сталей, особенно легированных, температура нагрева значительно превышает критические точки АсЗ; Ас1 на 150 – 250^оС. Это необходимо для перевода в твердый раствор специальных карбидов и получения требуемой легированности аустенита.

Продолжительность нагрева должна обеспечивать прогрев изделия по сечению и завершению фазовых превращений, но она не должна быть слишком велика, чтобы не вызвать обезуглероживание поверхностного слоя.

Непосредственно закалка заключается в охлаждении стали со скоростью больше критической с целью получения мартенсита. Для того, чтобы не было закалочных дефектов при охлаждении применяются кипящие жидкости, масла, водные растворы солей и щелочей.

При закалке углеродистой и низколегированной сталей, имеющих малую устойчивость аустенита, применяют: водный раствор, NaCI, NaOH. Для легированных сталей применяются минеральные масла, чаще всего нефтяные. Масла применяются и для некоторых заэвтектоидных сталей.

Выбор способа охлаждения зависит от формы, размеров, и химического состава.

Существует:

1) Непрерывная закалка (в одном охладителе).

2) Прерывистая закалка (вода, масло).

3) Ступенчатаязакалка заключается в быстром охлаждении в солевых ваннах выше температуры мартенситного превращения на 30 – 50^оС, выдержка при данной температуре до достижения одинаковой температуры по всему сечению далее охлаждение на воздухе.

4) Изотермическая закалка. Деталь выдерживают в соляных ваннах до t = 250 – 300^оС до окончания изотермического превращения. Структура: бейнит.