Классификация видов термической обработки стали. Отжиг. (Лекция 6)

Изотермическое превращение аустенита
Построение изотермических диаграмм

Изотермическое превращение аустенита

Технология нагревания стали

Основные задачи решаемые ПТО

ОТЖИГ И НОРМАЛИЗАЦИЯ СТАЛИ
Полный отжиг

Схема изменения размера зерна перлита в зависимости от нагрева в аустенитной области (эвтектоидная сталь)

Виды фазовых и структурных превращений реализуемых при ПТО
А→Ф+П превращение при низкой и средней легированности аустенита
(Тн ~1200оС) и возможность прохождения диффузионного превращения в области подкритических температур
А
А→Ф+П
А
α-фаза+карбиды
* Возможно частичное превращение остаточного аустенита на стадии охлаждения до температуры переохлаждения

А→Ф-П превращение при высоком уровне легированности аустенита (Тн ~1200оС)

Кинетика распада аустенита при переохлаждении на стадии окончания копежа.
(стали 1,2 групп)
τ2>>τ1

Обобщенная диаграмма изотермического распада аустенита при температуре 350 оС опытных составов стали хромоникелевой композиции при легировании молибденом, вольфрамом и ванадием.

1 – 22Х2Н4 (Ni=3,58%) (Будет диффузионное превращение А→Ф+П)
2 – 22Х2Н4W (Ni=3,58%, W=0,45%)
3 – 22Х2Н4МВ (Ni=3,58%, W=0,45%, Мо=0,43%)
4 – 24Х2Н4М (Ni=3,58%, Мо=0,34%)
5 – 24Х2Н4М (Ni=3,75%, Мо=1,23%)
6 – 20Х2Н4МВФ (Ni=4,38%)
7 – 20Х2Н4МВФА (Ni=4,38%, Мо=1,38%)

Обобщенная диаграмма изотермического распада аустенита при 400 ºС опытных составов стали хромоникелевой композиции при легировании молибденом, вольфрамом, и ванадием.

Виды отжига:
Отжиг при непрерывном охлаждении при Тн>Ac3
Для низколегированных сталей

Виды отжига:
Отжиг при непрерывном охлаждении при Тн>Ac3
Стали мартенситного класса
Ас3
Ас1

Виды отжига:
- Изотермический отжиг

Изотермический отжиг
Обычный отжиг
При непрерывном охл.
Изотермический отжиг
оС
lgτ
Ac1
А→Ф(К)
Аr3
Аr1
Диапазон температур мин. Устойчивости аустенита

ОТЖИГ И НОРМАЛИЗАЦИЯ СТАЛИ
Неполный отжиг

Низкотемпературный отжиг
(высокотемпературный отжиг)

Режимы противофлокенной обработки (отжига) поковок из высоколегированной конструкционной стали мартенситного класса (18Х2Н4ВА) [125]

Рекристаллизационный отжиг

Рекристаллизационный отжиг

Фактические рекомендуемые режимы ПТО для различных групп марок стали.

Т, ºС охлаждение с печью не более 40 ºС/час
Режим предварительной термической обработки для стали марок 25Х2МФА, 12Х2МФА, 15Х2МФА, 18Х2МФА, 25Х3МФА, 15Х1М1Ф.
Накопление

Т, ºС
Режим предварительной термической обработки для групп легированных марок стали.

Режим предварительной термической обработки для стали марок 40ХН, 40Х2Н2М, 25ХН3МФА, 40ХНМА, 38ХГН, 30ХН3А, 4Х4МВФ, 5ХНМ2, 36ХНВ, 34ХН4М, 34ХН2МА, 35ХН3МФА, 38ХН3МФА, 4Х4М1В3Ф, 5ХНВ, 5ХНМ.

Эффект наследования А→Б превращения на стадии переохлаждения после копежа на структуру и свойства после последующих этапов термической обработки
Недостатки:
- наследование эффекта повышенной легированности на последующих этапах, вплоть до отпуска (в схеме многоциклового отжига).
Это наследование структуры превратившегося обогащенного аустенита в бейнит при переохлаждении после накопления (при отсутствии диффузионного превращения) приводит:
Сохранение первичного (крупного – Тн=1200оС) аустенитного зерна (в структуре – бейнит)
Переход и его сохранение на следующей стадии – перекристаллизация с последующим отпуском. Этот эффект по сохранению границ крупного первичного аустенитного зерна может наследоваться и далее по циклу термической обраотки, вызывая негативные последствия:
- снижение характеристик пластичности вязкости;
- снижения ударной вязкости и критического температуры хрупкости;
- повышение склонности к ОХ;
- снижение служебных характеристик
Факт наследования размера зерна подтверждается следующими схемами:

Степень измельчения зерна в стали марки 20ХН3МФА в зависимости от режима предварительной термической обработки.
Ni – до 3.0%
*при оптимальности ToC изотермического отжига
*

Определение оптимальной температурной зоны изотермического А→Ф+П превращения.
Временная зависимость изменения длины образцов стали марки 15Х2МФА-А при изотермических выдержках при температурах 660,680,700,720,740,760 0С.

Микроструктура стали 15Х2МФА-А, полученная в результате изотермической выдержки при температуре: а) 660 °С; б) 680 °С в) 700 °С; г) 720 °С; д) 740
а б
г
в д

Наилучшим и наиболее эффективным способом устранения последствий перегрева в структуре и изломе, с целью измельчения зерна (т.е подготовке структуры под окончательную термическую обработку) остается полный отжиг с распадом А при охлаждении на структуры перлитного типа.

При установлении рациональных методов борьбы с флокенами в процессе переработки стали необходимо учитывать:
Главные факторы, обуславливающие образование флокенов в стали, являются водород и структурные напряжения;
Сталь приобретает иммунитет к флокеночувствительности лишь после того, как содержание водорода в ней снижено до определенного предела;
Момент образования флокенов;
Кинетику превращения переохлажденного аустенита в стали.

Виды брака при отжиге и нормализации
НЕДОГРЕВ
ПЕРЕГРЕВ
ПЕРЕЖОГ
ФЛОКЕНЫ

Закономерности факторов СН
Все проявления СН существенно зависят от исходной структуры стали.
Скорость нагрева в температурном интервале образования аустенита.
Супер быстрый нагрев – ТВЧ, соляная ванна → Восстановление зерна (крупного).

Влияние температуры и скорости нагрева на размер зерна стали марки 20Х2Н4МВФА

Т = 900 °С Т = 930 °С
Т = 940 °С Т = 960 °С
Кинетика изменения рекристаллизованного аустенитного зерна стали 20Х2Н4МВФА (100×).

T = 980 °С T = 1000°С
T = 1050 °С
Кинетика изменения рекристаллизованного аустенитного зерна стали 20Х2Н4МВФА (100×).

Влияние температуры аустенитизации на химический состав и тип карбидной фазы стали 20Х2Н4МВФА
Примечание: [С*] - среднее содержание углерода в стали

Полоса значений коэффициента диффузии водорода в низколегированных конструкционных сталях (Mundra, 1997).

Растворимость водорода S в стали при давлении PH2 = 0.1013 МПа, см3/100 г (ppm)

Фото изломов по стали 20Х2Н4МВФА-ВД. Попытки исправления камневидного излома (попытки).