В основе отжига и нормализации лежит явление перекристаллизации в твердом состоянии. При этом уменьшается размер крупных зерен полученных при перегреве (нагрев на высокие температуры порядка 1000-1200 ). Крупное зерно ухудшает свойства металла (недостаточная вязкость и повышенная хрупкость).
Отжиг и нормализацию делают после закалки и горячей пластической деформации (ковка, штамповка…), которые связаны с нагревом до 1000 и выше, вызывающим изменение структуры металла и падение ударной вязкости. При повторном нагреве до температуры на 30-50 выше критической точки образуются мелкие зерна аустенита, а дальнейшее охлаждение ведет к образованию мелких зерен перлита и феррита или одного перлита.
Процесс зависит от скорости охлаждения при закалке. При высоких скоростях происходит переохлаждение, которое позволяет сохранить аустенит с структуре стали при температуре ниже = 723оС. При этом наблюдается гистерезис критических точек (температура полиморфного превращения аустенита в феррит может отпуститься до 200-250 ). В этих условиях затрудняется предварительное (постепенное) диффузионное перераспределение элементов сплава, т.е. выход атомов углерода из решетки феррита. Это приводит к образованию неравновесных структур.
При больших скоростях охлаждения (закалка) все атомы углерода остаются в объемно-центрированной решетке феррита. Такое перенасыщение вызывает образование тетрагональной объемно-центрированной решетки (вместо кубической). Чем больше углерода находиться в решетке, тем больше она искажается . Структуру стали , образующаяся в результате такой закалки называют мартенсит.это перенасыщенный тетрагональный α-твердый раствор является неравновесным. Мартенсит образуется при закалке в результате бездиффузионных полиморфных превращений с получением пересыщенного и искаженного твердого раствора углерода в α-модификации железа. Он обладает неравновесной тетрагональной объемно – центрированной решеткой и под микроскопом имеет специфическую игольчатую форму. Отличается высокой твердостью (НВ 600-650), малой пластичностью и вязкостью.
2).Закалка стали
Это термическая обработка, при которой сталь нагревают до определенной температуры, выдерживают некоторое время и затем быстро охлаждают. Закалка применяется для повышения твердости и прочности стали. При быстром охлаждении аустенит не успевает превратиться в перлит, а феррит в цементит и у стали образуется структура отличная от той, которая получилась бы при медленном охлаждении.
Температура нагрева при закалке зависит от содержания углерода. для получения мелкозернистого строения она должна быть на 30...40 градусов выше линии GOSK (Рис ).Затем, охлаждая сталь с различными скоростями получают структуры:
мартенсит, при очень быстром охлаждении (погружение в холодную воду); тростит при меньшей скорости охлаждения (при погружении в подогретую воду или в холодное масло); сорбит при малой скорости охлаждения (погружение кипящую воду или подогретое масло).