Сфероидизирующий отжиг

Сфероидизирующий отжиг — это вид термической обработки заэвтектоидных сталей с нагревом выше температуры Ас1, но ниже температуры Ас3, с последующим очень медленным охлаждением для получения структуры зернистого перлита.

Процессы в ходе сфероидизирующего отжига

К заэвтектоидным углеродистым сталям широко применяют отжиг с нагревом до 740—780 °С и последующим медленным охлаждением. После такого нагрева в аустените остается большое число нерастворившихся включений цементита, которые служат центрами кристаллизации во время распада аустенита при охлаждении. B результате образуется структура зернистого перлита (сферодита), почему этот отжиг и называют сфероидизирующим отжигом. Мелкие частицы цементита при температуре отжига в интервале А₁—Аст получаются в результате деления цементитных пластин.

В ходе сфероидизирующего отжига охлаждение после нагрева несколько выше Ас1 до температур несколько ниже Ас1 позволяет получить зернистую форму перлита вместо пластинчатой. Частицы цементита, не растворившегося при нагреве, и микрообъемы с повышенной концентрацией углерода в аустените из-за недостаточно полной его гомогенизации служат центрами кристаллизации для цементита, выделяющегося при последующем охлаждении ниже точки А₁ и принимающего в этом случае зернистую форму.

В результате нагрева значительно выше точки Ас1 и растворения большей части цементита и более полной гомогенизации аустенита последующее выделение его ниже точки Ас1 происходит в пластинчатой форме. Если избыточный цементит находился в виде сетки, что является дефектом, то перед этим отжигом предварительно нужно провести нормализацию с нагревом выше Аст для растворения сетки из вторичного цементита с последующим охлаждением на воздухе или в воздушной струе для предупреждения выделения этого цементита по границам аустенита.

Сталь с зернистым перлитом имеет более низкие значения твердости временного сопротивления и, соответственно, более высокие относительного удлинения и сужения. После отжига на зернистый перлит эвтектоидные и заэвтектоидные стали обладают хорошей обрабатываемостью резанием — возможно применение больших скоростей резания и достигается высокая чистота поверхности. Кроме того, такая структура при последующей закалке стали обеспечивает мелкое зерно, расширяет интервал закалочных температур и уменьшает склонность к образованию трещин.

Параметры нагрева и охлаждения при сфероидизирущем отжиге

Стали, близкие к эвтектоидному составу, имеют узкий интервал температур нагрева (750—760 °С) для отжига на зернистый цементит, для заэвтектоидных углеродистых сталей интервал расширяется до 770—790 °С. Легированные заэвтектоидные стали для получения зернистых карбидов можно нагревать до более высоких температур и в более широком интервале (770—820 °С). Например, для сталей У9А и У10А границы этого интервала 740—750 °С, в то время как для сталей У11 А, У12А и У13А они находятся в пределах 750—780 °С. Охлаждение при сфероидизации медленное. Оно должно обеспечить распад аустенита на феррито-карбидную структуру, сфероидизацию и коагуляцию образовавшихся карбидов, при охлаждении до 620—680 °С.

Для режима сфероидизирующего отжига заэвтектоидных сталей характерен узкий температурный «интервал отжигаемости». Нижняя его граница должна находиться немного выше точки А₁, чтобы образовалось большое число центров выделения карбида при последующем охлаждении. Верхняя граница не должна быть слишком высокой, так как иначе из-за растворения в аустените центров карбидного выделения при охлаждении образуется пластинчатый перлит. Так как точки Аст и А₁ сходятся при эвтектоидной концентрации, то у сталей, близких к эвтектоидному составу, «интервал отжигаемости» особенно узок.

Применение сфероидизирующего отжига

Сфероидизирующему отжигу подвергают углеродистые и легированные инструментальные и шарикоподшипниковые стали.

Отжигу на зернистый перлит подвергают также тонкие листы и прутки из низко- и среднеуглеродистой стали перед холодной штамповкой или волочением для повышения пластичности. Поковки шарикоподшипниковой стали также отжигают на зернистый перлит.

Литература

• Блантер М. С., Кершенбаум В. Я., Мухин Г. Г., Новиков В. Ю., Прусаков Б. А., Пучков Ю. А. Металлы. Строение. Свойства. Обработка (многоязычный толковый словарь) / Под научной редакцией В. Я. Кершенбаума и Б. А. Прусакова. — Москва: Наука и техника, 1999. — С. 361. — 712 с. — ISBN 5-900359-31-X.
• Афонин В. К., Ермаков Б. С., Лебедев Е. Л., Пряхин Е. И., Самойлов Н. С., Солнцев Ю. П., Шипша В. Г. Металлы и сплавы. Справочник. — СПб.: НПО «Профессионал», НПО «Мир и семья», 2003. — 1090 с.
• Жадан В. Т., Полухин П. И., Нестеров А. Ф., Вишкарёв А. Ф., Гринберг Б. Г. Материаловедение и технология материалов. — М.: Металлургия, 1994. — С. 129. — 624 с.
• Свищенко В. В., Иванайский А. А. Влияние исходной структуры на результат сфероидизирующего отжига конструкционной стали. Ползуновский вестник. 2015. № 1. С. 61-63.
• Авдеев С. В. Освоение технологии производства катанки из хромникельмолибденовых марок стали с последующим сфероидизирующим отжигом. Литье и металлургия. 2019. № 1. С. 78-82.
• Слузов П. А., Седунов В. К., Коровин В. А., Леушин И. О. Прогрессивная технология модифицирования высокопрочного чугуна. Черные металлы. 2014. № 11. С. 15-18.

Одним из источников, использованных при создании данной статьи, является статья из википроекта «Рувики» («ruwiki.ru») под названием «Сфероидизирующий отжиг», расположенная по адресу: — «https://ru.ruwiki.ru/wiki/Сфероидизирующий_отжиг» Материал указанной статьи полностью или частично использован в Циклопедии по лицензии CC-BY-SA 4.0 и более поздних версий. Всем участникам Рувики предлагается прочитать материал «Почему Циклопедия?».