Как процесс термообработки влияет на твердость и прочность кованой круглой стали?

Отжиг — это процесс термообработки, при котором кованая круглая сталь нагревается до определенной температуры — обычно ниже критической температуры — а затем медленно охлаждается, обычно в печи. Основная цель отжига — размягчить сталь, сделав ее более пригодной для последующих операций механической обработки или формовки. При отжиге внутренние напряжения, возникающие при ковке, снимаются, а зернистая структура стали измельчается. Этот процесс приводит к снижению твердости и увеличению пластичности, повышая способность стали подвергаться пластической деформации без разрушения. Кроме того, отжиг улучшает однородность микроструктуры стали, что способствует более предсказуемым и стабильным характеристикам при ее окончательном применении.

Закалка — это критический процесс термообработки, который включает в себя нагрев кованой круглой стали до высокой температуры, обычно выше ее критической температуры, а затем быстрое ее охлаждение в закалочной среде, такой как вода, масло или растворы полимеров. Быстрое охлаждение преобразует микроструктуру стали, обычно в мартенсит, твердую и хрупкую фазу, характеризующуюся игольчатой ​​структурой. Это преобразование значительно увеличивает твердость и прочность стали на разрыв. Однако закалка также создает значительные внутренние напряжения из-за разницы в скоростях охлаждения стали, что может привести к короблению или растрескиванию, если не принять надлежащие меры. Выбор закалочной среды и скорости охлаждения являются решающими факторами в достижении желаемого баланса между твердостью и ударной вязкостью.

Отпуск проводится после закалки для уменьшения хрупкости, вызванной мартенситным превращением. В этом процессе закаленная сталь повторно нагревается до температуры ниже критической температуры и выдерживается при этой температуре в течение определенного периода, прежде чем охладить ее до комнатной температуры. Температура и продолжительность отпуска тщательно контролируются для достижения желаемых механических свойств. Закалка немного снижает твердость стали, одновременно значительно повышая ее ударную вязкость, делая сталь менее склонной к растрескиванию при ударе или напряжении. Этот процесс также снимает некоторые внутренние напряжения, возникающие во время закалки, тем самым стабилизируя микроструктуру стали и улучшая ее размерную стабильность.

Нормализация включает в себя нагрев кованой круглой стали до температуры, немного превышающей ее критическую температуру (обычно от 850°C до 950°C), а затем ее охлаждение на воздухе. Этот процесс направлен на улучшение зеренной структуры стали, повышение ее однородности и улучшение механических свойств, таких как прочность и ударная вязкость. В отличие от закалки, нормализация не обеспечивает чрезвычайную твердость, но обеспечивает более однородную и сбалансированную микроструктуру, что делает ее подходящей для применений, где требуется сочетание прочности и пластичности.

В тех случаях, когда требуется твердая, износостойкая поверхность при сохранении прочного сердечника, используются такие методы цементации, как цементация, азотирование или карбонитрирование. Эти процессы включают диффузию углерода или азота в поверхностный слой кованой круглой стали для повышения твердости поверхности. Например, цементация включает нагрев стали в среде, богатой углеродом, а азотирование приводит к введению азота. Поверхностная закалка повышает износостойкость и усталостную прочность, при этом сердечник остается относительно более мягким и пластичным, обеспечивая хорошее сочетание эксплуатационных характеристик.

Кованый вал из легированной стали