В цехйх с массовым выпуском отливок из углеродистой и низколегированных сталей наиболее распространенной термообработкой является нормализация.

Если термообработку отливок проводят в ящиках со стружкой (при окислительной среде в печи), то такой обработкой обычно является отжиг или процесс, средний между нормализацией и отжигом, так как трудно обеспечить необходимую скорость охлаждения отливок в ящике, не вскрывая его.

Различают три основных вида отжига.

1.

Неполный отжиг, при котором металл нагревают лишь до температуры, несколько выше точки Ас

. Такой отжиг изменяет структуру перлита, но ферритная (цементитная) составляющая при этом не претерпевает изменения.

2.

Полный отжиг, при котором температура на 20—40 °С выше точки Ас

. При этом достигается полная аустенизация структуры, т. е. полная структурная перекристаллизация.

3.

Гомогенизация (диффузионный отжиг), при которой отливку нагревают до температуры значительно выше критического интервала Ас

—Ас

. Цель отжига — выравнивание состава путем диффузии.

Температуру нагрева при отжиге углеродистых сталей выбирают по диаграмме железо — углерод, а для легированных сталей — положением точки Ас

, определенной экспериментально.

Однако если после нагрева высоколегированных сталей выше Ас

охлаждение проводить медленно, то избыточная карбидная фаза (вторичный цементит) выпадает в виде сетки. Такая структура обладает низкой вязкостью и неудовлетворительна почти во всех случаях. Поэтому заэвтектоидные стали отжигают при температуре выше Aci, т. е. им дают неполный отжиг.

Необходимость полного отжига доэвтектоидной стали обусловливает требование проведения фазовой перекристаллизации всей структуры. Грубозернистая структура литой стали переходит в мелкозернистую, что приводит к существенному улучшению механических свойств. Охлаждение после отжига должно быть медленным, чтобы обеспечить перекристаллизацию при небольшом переохлаждении аустенита ниже равновесной температуры Ас

. Обычно углеродистые стали охлаждают со скоростью 200 °С/ч; для низколегированных.

сталей скорость должна быть снижена до 100 °С/ч; для высоколегированных — до 50 °С/ч.

В результате отжига получается структура: в доэвтектоидной стали феррит + перлит; в эвтектоидной — перлит, в заэвтектоид-ной — цементит + перлит.

а.--.

Чем выше скорость охлаждения, тем больше в структуре будет перлита и тем значительнее этот перлит будет отличаться по содержанию углерода от эвтектоидного (0,8 % С). Одновременно большая степень переохлаждения ведет к получению большой дисперсности перлита.

Очень медленное охлаждение приводит иногда к неудовлетворительным результатам. В доэвтектоидных среднеуглеродистых сталях при этом образуются крупные включения феррита; такая структура плохо гомогенизируется при нагреве под закалку, в местах бывших залеганий феррита аустенит содержит мало углерода, и в закаленной стали образуются мягкие зоны.

Нормализация — частный случай отжига. При нормализации сталь нагревают до температуры на 30—50 °С выше точки Ас

, но иногда и на 100—150 °С выше. Это так называемая высокая нормали*-зация. Отливки после выдержки охлаждают на воздухе. Аустенит распадается при несколько большей степени переохлаждения, чем при отжиге, и поэтому образуются структуры более тонкого перлита. Нормализацию применяют для углеродистых и низколегированных сталей, так как охлаждение на воздухе средне- и высоколегированных сталей приводит к частичной или полной закалке и в структуре появляется мартенсит.

Чем больше аустенит в стали способен к переохлаждению, тем больше различие между отожженным и нормализованным состоянием. Это происходит при увеличении в стали углерода, что в первую очередь сказывается на изменении твердости в различных углеродистых сталях (табл. 8.1).

.

Таблица 8.1.

Твердость НВ углеродистых сталей в отожженном и нормализованном состояниях

Для низкоуглеродистых нелегированных сталей нормализацию всегда следует предпочесть отжигу, так как при нормализации структура получается лучше и механические свойства (пластичность,.

ударная вязкость) выше. Кроме того, нормализация проходит быстрее и она экономически выгоднее (термическая печь не занята в период охлаждения).

Для средне- и особенно высокоуглеродистых сталей различие в получаемых свойствах весьма велики, и поэтому вопрос о замене отжига нормализацией должен решаться конкретно в каждом случае. При нормальном содержании хрома и марганца в среднеуглеродистой стали получаемая после нормализации повышенная твердость не влияет заметно на обрабатываемость и другие технологические свойства, поэтому для сталей с содержанием 0,3—0,5 % С целесообразно также заменить отжиг нормализацией. Продолжительность нагрева и выдержки при температуре отжига или нормализации определяется временем, необходимым для сквозного прогрева всей отливки и для завершения структурных преобразований. При отжиге температура нагрева незначительно выше точки Ас

и превращения протекают медленно. Кроме того, из-за грубой литой структуры также требуется увеличение выдержки. Продолжительность выдержки при отжиге больше, чем при нормализации. Невозможно назвать единую продолжительность нагрева и выдержки отливок при термообработке, так как она определяется термическим оборудованием, размером отливок и их исходной структурой. Можно назвать в качестве ориентировочной практически распространенную норму, при которой продолжительность нагрева и выдержки при заданной температуре в сумме составляет 0,5—1 ч на каждые 25 мм толщины стенки отливки.

Для термообработки отливок, полученных по выплавляемым моделям, можно применять любые термические печи, описанные в литературе. Независимо от способа нагрева (электричеством или газом) и конструкции печей (камерные, методические, шахтные или конвейерные) необходимо выдержать условие безокислительного нагрева, так как отливки имеют небольшие припуски и чистую поверхность.

Наиболее отвечают указанному условию печи с контролируемой средой, которые используют в цехах с крупносерийным и массовым производством отливок. При малых масштабах производства приходится применять печи с окислительной средой, в которых отливки тершобрабатывают в ящиках с засыпкой их карбюризатором или чугунной стружкой.

Конвейерные электропечи для нормализации с контролируемой средой имеют производительность до 300 кг отливок в час с регулируемыми путем изменения скорости движения ленты режимами термообработки. После термообработки в таких печах поверхность отливок получается серебристого цвета. Если на отливках имеется окалина (окисление верхних рядов отливок в блоке), то она восстанавливается и на отливках образуются отслоившиеся пленки восстановившегося железа, которые портят их внешний вид. В этом случае последующей операцией должна быть очистка в дробеструйном барабане или же предварительная очистка в галтовочных барабанах с одновременным выщелачиванием (см. п. 8.4).

При термообработке в расплавленных солях, совмещенной с очисткой от оболочки (продолжительность до 30 мин, температура 900— 950 °С) рост зерна в сталях 20XJI, 40XJI и 55JT практически отсутствует. При переносе отливок в другой расплав (600—700 °С) происходит изотермический отжиг. Такая термообработка, по данным В. К. Доценко и О. К- Севрука, приводит к образованию равномерных и ненапряженных структур, придающих отливкам высокие прочностные и пластические свойства.

Во избежание обезуглероживания отливок из-за присутствия в расплавах окислов железа в ванну вводят карбид кремния в виде отходов абразивных карборундовых кругов или древесный уголь.