Целью предварительной термической обработки является: улучшение обрабатываемости металла для изготовлении изделий; подготовка структуры металла для. окончательной термической обработки, т. е. получение однородной мелкозернистой структуры: снятие наклепа, снижение уровня внутренних напряжений; противофлокенная обработка; улучшение комплекса механических свойств.

Цель окончательной термической обработки - придание металлу требуемых механических свойств.

Термическая обработка поковок имеет ряд особенностей. Одна из них - возникновение значительного перепада температур по сечению поковки (особенно у крупных), что приводит к не-одновременности протекания фазовых превращений, а следовательно, к получению различных структур (от мартенситной на поверхности до перлитной в центре заготовки). Кроме того, перепад температур по сечению поковки и, как следствие, неодновременность структурных превращений приводят к возникновению внутренних напряжений, отрицательно сказывающихся на свойствах поковки.

Охлаждение поковок, вызывающее фазовое превращение при пониженных температурах (ниже 400-300 °С), обусловливает появление высоких растягивающих напряжений в поверхностной зоне, что может привести к образованию трещин. Для предотвращения их образования крупные поковки после охлаждения с температуры аустенитизации необходимо помещать в печь с температурой 300-400 °С. Если отпуску подвергается поковка с структурой перлита, то релаксация напряжений происходит в основном при повышенных температурах нагрева (500-550 °С).

Для стали 40Х [8, табл.48] рекомендуются следующие виды предварительной термообработки:

1. Нормализацию: нагрев до 850-860 °С и охлаждение на воздухе (187-229 НВ).

2. Высокий отпуск: нагрев до 620-680 °С и охлаждение на воздухе (217-269 НВ).

3. Отжиг: нагрев до 830-850 °С и охлаждение вместе с печью (170-207 НВ).

Нормализация, по физической сущности и конечным результатам процесс нормализации идентичен процессу отжига и является его разновидностью. Нормализация от полного отжига отличается только тем, что в первом случае охлаждение изделий после выдержки производится на спокойном воздухе. Однако вследствие более высокой скорости охлаждения средне и высокоуглеродистая, а также и легированная сталь после нормализации приобретает более мелкозернистую структуру и повышенную твердость. В некоторых случаях поковки могут получить троосто-сорбитную структуру, что вызывает необходимость применять дополнительно высокий отпуск.

Закалка - процесс термообработки, обусловливающий получение неравновесных структур превращения или распада аустенита при резком его переохлаждении со скоростью выше критической. Критическая скорость закалки минимальная скорость охлаждения, при которой происходит переохлаждение аустенита до температуры мартенситного превращения без его превращения в перлитном или игольчато-трооститном интервалах.

Отпуск - процесс термообработки, обусловливающий превращение неустойчивых структур, получившихся в результате закалки, в более устойчивые. Отпуск осуществляется путем нагрева изделий до температуры ниже точки Ас1, выдержки при этой температуре и последующего охлаждения.

В результате отпуска поковки получают требуемые механические свойства. Отпуск применяется в сочетании с процессом закалки (улучшение), а для некоторых марок легированной стали - в сочетании с нормализацией. При термообработке поковок применяется главным образом высокий отпуск.

Отжиг - процесс термообработки, позволяющий получать во время охлаждения с определенных температур равновесные (устойчивые) структуры распада аустенита.

В процессе отжига происходит изменение дисперсности фаз, формы и размера зерен аустенита; в результате получается равновесная структура (ферритно-цементитная смесь), снижаются прочность' и твердость, повышаются пластичность и вязкость, а также улучшается обрабатываемость стали резанием [8, с.59].