Нормализацией называется вид термической обработки, заключающейся в нагреве стали до температур выше критических, выдержке и охлаждении на спокойном воздухе.

 

Доэвтектоидные стали нагревают до температуры выше на 30-50оС линии Асз, а заэвтектоидные – выше температуры Асm.

Нормализация – более экономичный, чем отжиг вид обработки, т.к. меньше времени затрачивается на охлаждение стали. Нормализацию иногда называют ускоренным отжигом.

Нормализация вызывает полную фазовую перекристаллизацию, устраняет крупнозернистую структуру, полученную при литье, прокатке, ковке и ли штамповке.

 

Охлаждение на воздухе приводит к распаду аустенита при более низких температурах, что повышает дисперсность феррито - цементитной смеси. Это приводит к получению после нормализации более высокой прочности и твердости, чем после отжига.

 

Назначение нормализации различно в зависимости от состава стали:

 

Для низкоуглеродистых сталей нормализация проводится вместо отжига для увеличении производительности обработки.

 

Для среднеуглеродистых сталей, когда от материала изделия не требуется высоких прочностных свойств – нормализация применяется вместо закалки и высокого отпуска. Механические свойства будут при этом несколько ниже, но вероятность появления трещин – меньше.

 

Дефекты при отжиге и нормализации

 

При отжиге и нормализации могут возникнуть следующие дефекты.

 

Окисление- при нагреве в пламенных печах поверхность стальных деталей взаимодействует с печными газами. В результате металл окисляется и на деталях образуется окалина – химическое соединение металла с кислородом. С увеличением температуры и времени выдержки окисление резко возрастает.

 

Окалина вызывает не только угар – потерю металла на окалину, но и повреждает поверхность детали, затрудняется дальнейшая обработка ее режущим инструментом.

 

Окалину удаляют травлением в растворе серной кислоты, очищают в дробеструйных установках

Обезуглероживание -это выгорание углерода с поверхности детали, происходит при окислении стали. Обезуглероживание резко снижает прочностные свойства стали, способствует образованию трещин и короблению.

 

Для предотвращения окисления и обезуглероживания – применяют безокислительные (защитные) газы, которые вводят в рабочее пространство печи.

 

При нагреве стали выше определенных температур и длительной выдержке в ней происходит быстрый рост зерен, ведущий к возникновению крупнокристаллической структуры. Это явление называется перегревом.

Перегрев ведет к понижению пластических свойств стали. Он может быть исправлен повторным правильным нагревом – отжигом и нормализацией.

Пережог – получается в результате длительного пребывания металла в печи при высокой температуре, близкой к температуре плавления.

 

Физическая сущность пережога состоит в том, что кислород из окружающей атмосферы при высокой температуре проникает вглубь нагреваемого металла и окисляет границы зерен. В результате механическая связь между зернами ослабевает, металл теряет пластичность и становится хрупким.

 

Пережог является неисправимым браком

 

ЗАКАЛКА СТАЛИ

 

Исторически сложившееся понятие «закалка» предполагает такую термообработку, при которой сталь приобретает неравновесную структуру, что прежде всего выражается в повышении твердости стали.

Закалкой называется вид термообработки, состоящий в нагреве стали до температуры выше критических точек Асз или Ас1, выдержке при этой температуре для завершения фазовых превращений и последующем быстром охлаждении.

 

 

 

Для углеродистых сталей - чаще всего - это охлаждение проводят в воде, для легированных – в масле.

 

Закалка не является окончательной операцией термообработки. Чтобы уменьшить хрупкость и напряжения, вызванные закалкой и получить требуемые механические свойства – сталь после закалки подвергают отпуску

 

 

Цель закалки – получение высокой твердости, прочности, износостойкости.

 

 

Доэвтектоидные стали нагревают до температуры Асз+30-50°

Эвтектоидные и заэвтектоидные – до температур Ас1+30-50°

Стали, содержащие менее 0,3 % углерода практически не закаливаются.

При закалке фиксируются переходные структуры, главным представителем которых является мартенсит.

 

Нагрев доэвтектоидных сталей до температуры Ас1 +30-50° – называется неполной закалкой. Т.к. выше Ас1- структура Ф+А, при охлаждении аустенит переходит в мартенсит, а феррит с твердостью 80НВ – остается.

Для заэвтектоидных сталей – неполная закалка является и полной, т.к. цементит имеет твердость 800НВ. И нет необходимости от него избавляться, нагревая сталь до области одного аустенита.

 

Скорость нагрева и время выдержки зависят от химического состава стали, размеров, массы и конфигурации закаливаемых деталей, типа нагреваемых печей и нагревательной среды.

 

Чем больше размеры и сложнее конфигурация, тем медленнее происходит нагрев.

 

Скорость нагрева и продолжительность выдержки определяют экспериментально или пользуются специально разработанными таблицами. Например, при 800° 1 мм диаметра сечения нагревается 1 минуту.

 

Оборудованием при нагреве служат нагревательные термические печи или печи-ванны, которые подразделяются на электрические и топливные, обогреваемые за счет сгорания топлива (газа, мазута, угля).

 

Нагрев должен производиться как можно быстрее, однако время нагрева должно быть достаточным, чтобы равномерно прогреться и получить аустенитную структуру

Скорость охлаждения при закалке регулируется средой охладителей, которые могут быть:

 

сильные –100-500°/с

умеренные –10-100°/с

слабые 1-10°/с

 

В качестве закалочных сред используют воду, водные растворы солей, щелочей, масло, расплавленные соли.

Если принять охлаждающую способность воды при 20оС за единицу, то охлаждающая способность:

 

масло –0,17-0,44

расплавленного свинца – 0,05

воздуха – 0,03

Различают следующие виды закалок:

А) Закалка в одном охладителе

 

Нагретую до определенной температуры деталь погружают в закалочную среду, где она остается до полного охлаждения. Применяется для деталей простой формы из углеродистой стали.

Б) Закалка в двух средах

 

Нагретую деталь сначала охлаждают в воде до температуры несколько выше Мн, а затем быстро переносят в другую среду (масло, воздух), где она охлаждается до температуры 20о. Во второй закалочной среде уменьшаются внутренние напряжения, связанные с превращением Аустенита в мартенсит. Применяется при закалке высокоуглеродистых сталей и требует высокой квалификации термиста.

В) Ступенчатая закалка

 

Нагретая деталь охлаждается в среде, имеющей температуру несколько выше Мн (250о) и выдерживают в ней до выравнивания температуры по всему сечению. Затем окончательно охлаждают на воздухе, где идет превращение аустенита в мартенсит. При этой закалке уменьшаются объемные напряжения, коробление, опасность возникновения трещин.

Г) Изотермическая закалка

Выполняется также, как и ступенчатая, но выдержка в закалочной среде более продолжительная. Данной закалке подвергаются в основном легированные стали.