В зависимости от температуры нагревания и условий охлаждения различают следующие виды термической обработки: отжиг, нормализация, закалка и отпуск. Они имеют различные назначения и отличаются друг от друга скоростью и температурой нагрева, временем выдержки при этой температуре и скоростью охлаждения. Температура нагрева при отжиге, нормализации и закалке зависит от содержания углерода.
Отжигом называют такую операцию, при которой сталь нагревают до определенной температуры, выдерживают при этой температуре и затем медленно охлаждают вместе с печью. Отжиг повышает обрабатываемость стали резанием, а также обрабатываемость без снятия стружки.
Целью отжига является: уменьшение внутренних напряжений в деталях после механической (горячей или холодной) обработки – низкотемпературный отжиг; устранение нежелательного изменения в структуре, вызванного обработкой – полный отжиг; изменение структуры в целях облегчения условий обработки резанием, т.е. уменьшения сопротивления стали резанию – неполный отжиг. Низкотемпературный отжиг. Неравномерность охлаждения стального проката или поковок приводит к образованию внутренних напряжений в металле, которые в необработанной заготовке не проявляются и обнаруживаются только при односторонней ее обработке. Волочение, прокатка, строгание, точение, фрезерование и др. вызывают возникновения в заготовке внутренних напряжений, которые должны быть уменьшены или полностью устранены перед закалкой изделия. В таких случаях достаточно нагреть заготовку до температуры 500-600ºС.
Рис.10 . Оптимальные интервалы нагрева стали для отжига, нормализации, закалки и отпуска.
Полный отжиг применяют главным образом после горячей обработки деталей (ковки и штамповки), а также для обработки литья из углеродистых и легированных сталей. Основной целью полного отжига кованых и литых деталей является измельчение зерна. Полный отжиг осуществляется путём нагрева стали на 30-50ºС выше линии GSK (точка Ас3)при этой температуре выдержка и последующее медленное охлаждение вместе с печью. Время выдержки при нагреве должно быть достаточным для прогрева изделий по всему сечению.
Неполный отжиг. Если до отжига структура стала удовлетворительная, но сталь обладает повышенной твёрдостью и в деталях имеются внутренние напряжения, применяют неполный отжиг. При неполном отжиге сталь нагревают до температуры, на 30-40ºС превышающей нижнюю критическую точку т.е. до 750-760ºС. Замедленное охлаждение или длительная выдержка стали при температурах 680-750ºС способствуют образованию крупнозернистости, облегчающей обрабатываемость стали.
Для мягких сталей с содержанием углерода до 0,4-0,5% неполный отжиг применяется редко. Для инструментальных сталей неполный отжиг является единственным видом отжига. Он способствует снятию внутренних напряжений и улучшению обрабатываемости.
Изотермический отжиг в отличие от полного отжига заключается в том, что сталь нагревают до температуры на 30-50ºС выше точки (конструкционные стали) или выше точки на 50-100ºС (инструментальные стали) и после выдержки охлаждают в расплавленной соли до температуры ниже точки на 30-100ºС (680-700ºС). При этой температуре сталь подвергают выдержке, а затем охлаждают до комнатной температуры. Температура изотермической выдержки (650-700ºС) оказывает значительное влияние на свойство стали.
Основное преимущество изотермического отжига состоит в том, что он позволяет сократить длительные циклы, применяемые при указанных отжигах деталей из легированной стали, которые требуют очень медленного охлаждения для снижения твёрдости.
Диффузионный отжиг (гомогенизацию) применяют, чтобы выровнять (путём диффузии) химический состав стали в слитках и крупных отливках. Диффузионный отжиг осуществляют при высоких температурах (1100-1200ºС) с выдержкой от 10 до 15 ч при этой температуре, а затем медленно охлаждают до 650-550ºС.
Сталь, прошедшая диффузионный отжиг, обладает более высокими механическими свойствами, особенно повышается ударная вязкость.
Отжиг на зернистый перлит применяют для сталей, содержащих более 0,65% углерода, с целью понизить их твердость и улучшить обрабатываемость резанием. Для отжига сталь нагревают немного выше и после выдержки при рабочей температуре в течение 3-5 ч медленно охлаждают (со скоростью 30-50ºС в час) сначала до 700ºС, затем до 650-600ºС и далее на воздухе.
Рекристаллизационный, или низкий, отжиг применяют для исправления искажений кристаллической решётки, полученных при холодной прокатке, волочении или холодной штамповке. Отжиг производят нагреванием стали до температуры ниже точки (630-650ºС) с выдержкой при этой температуре и медленным охлаждением, в результате чего вместо деформированной (вытянутой) структуры получают мелкозернистую, равноосную, мягкую и вязкую структуру.
Нормализацией называется операция нагрева стали на 30-50ºС выше линии GSЕ (точки для конструкционной стали или Асm – для инструментальной стали) с выдержкой при этой температуре и последующим охлаждением на воздухе.
Нормализации подвергаются штампованные и кованые заготовки из углеродистой и легированной стали. Цель нормализации – улучшение микроструктуры стали, повышение механических свойств и подготовка к последующей термической обработке. Нормализацией можно исправить структуру после сварки деталей и снять напряжения в сварном шве. После нормализации отливки имеют высокий предел текучести и прочности, а также повышенную ударную вязкость. Для некоторых марок углеродистых и специальных сталей нормализация является окончательной операцией термической обработки, так как в результате нормализации сталь приобретает требуемые свойства.