Скидка на подшипники из наличия!
Новое поступление товара в 2026 году!
Виды термообработки стали — это отжиг, нормализация, закалка и отпуск. Каждый процесс представляет собой сочетание нагрева, выдержки и охлаждения с заданной скоростью, которое целенаправленно меняет структуру металла, а вместе с ней твёрдость, прочность, пластичность и вязкость. Термическая обработка не меняет форму детали, но определяет её эксплуатационные свойства.
Ниже разобраны основные виды термической обработки стали: цель каждого процесса, температуры нагрева относительно критических точек, получаемая структура, характерная твёрдость и области применения. Материал опирается на действующие термины по ГОСТ 33439-2015 действующий и на диаграмму состояния железо-углерод.
Термическая обработка — это процесс температурного воздействия на изделия из металлов и сплавов с последующим охлаждением с определённой скоростью для изменения их структуры и свойств в заданном направлении. Любой режим складывается из трёх этапов: нагрев до нужной температуры, выдержка для прогрева и завершения превращений, охлаждение с заданной скоростью. Именно скорость охлаждения чаще всего определяет итоговую структуру.
Температуры назначают относительно критических точек стали — температур фазовых превращений на диаграмме железо-углерод. Точка Ac1 (линия PSK, 727 °C) — начало превращения перлита в аустенит при нагреве; для углеродистых сталей она не зависит от содержания углерода (у легированных сталей критические точки смещаются легирующими элементами). Точка Ac3 (линия GS) — завершение растворения феррита в аустените у доэвтектоидных сталей; с ростом содержания углерода от 0 до 0,8 % она снижается примерно с 911 °C (чистое железо) до 727 °C. У заэвтектоидных сталей верхняя точка — Acm (линия SE). Эвтектоидная сталь содержит около 0,8 % углерода.
Индекс «c» в обозначении (Ac1, Ac3) относится к нагреву, индекс «r» (Ar1, Ar3) — к охлаждению.
Свойства стали после термообработки определяются тем, какие структурные составляющие сформировались. Ниже — основные фазы и структуры и их характерная твёрдость.
Твёрдость мартенсита растёт с содержанием углерода и достигает максимума (около 63–65 HRC) при 0,6–0,8 % C. При большем содержании углерода твёрдость закалённой стали не увеличивается из-за роста количества остаточного аустенита. Поэтому низкоуглеродистые стали на высокую твёрдость закалкой не упрочняют.
Отжиг — нагрев, выдержка и медленное охлаждение (как правило, вместе с печью) для получения равновесной структуры. Цель отжига — снизить твёрдость, повысить пластичность, снять внутренние напряжения, измельчить или упорядочить структуру и улучшить обрабатываемость резанием. Отжиг применяют к отливкам, поковкам, прокату и сварным заготовкам.
Отжиг разделяют на два рода. Отжиг первого рода идёт без фазовой перекристаллизации, отжиг второго рода — с перекристаллизацией через аустенитное состояние.
Легированные стали при полном отжиге охлаждают медленнее углеродистых из-за большей устойчивости переохлаждённого аустенита. Слишком быстрое охлаждение при отжиге не даёт равновесной структуры.
Нормализация отличается от отжига средой охлаждения: сталь нагревают выше Ac3 (а заэвтектоидную — выше Acm) на 30–50 °C и охлаждают на спокойном воздухе, а не в печи. Более быстрое охлаждение даёт более мелкое зерно и более дисперсный перлит, поэтому нормализованная сталь прочнее и твёрже отожжённой, но пластичнее закалённой.
Нормализацию применяют, чтобы измельчить крупнозернистую структуру после литья, ковки или горячей прокатки, выровнять структуру по сечению и улучшить обрабатываемость низкоуглеродистой стали. Для конструкционных сталей нормализация нередко служит как самостоятельной обработкой, так и подготовительной операцией перед закалкой.
Отжиг и нормализация решают близкие задачи, но нормализация проще и производительнее, так как не требует медленного охлаждения в печи.
Закалка — нагрев до аустенитного состояния, выдержка и быстрое охлаждение со скоростью выше критической, при котором аустенит превращается в мартенсит. Цель закалки — повысить твёрдость, прочность и износостойкость. Доэвтектоидные стали нагревают выше Ac3 на 30–50 °C (полная закалка), эвтектоидные и заэвтектоидные — выше Ac1 на 30–50 °C.
Критическая скорость закалки — минимальная скорость охлаждения, при которой аустенит не успевает распасться на феррито-цементитную смесь и превращается в мартенсит. Охлаждающие среды подбирают по прокаливаемости стали: углеродистые стали чаще закаливают в воде, легированные — в масле, что снижает риск трещин и коробления.
Мартенситное превращение бездиффузионное: состав мартенсита совпадает с составом исходного аустенита, меняется только тип решётки. Превращение идёт в интервале температур; точка начала мартенситного превращения (Мн) снижается с ростом содержания углерода, из-за чего в высокоуглеродистых сталях сохраняется остаточный аустенит.
Отпуск — нагрев закалённой стали ниже Ac1, выдержка и охлаждение. После закалки сталь имеет высокую твёрдость, но большие внутренние напряжения и хрупкость. Отпуск снижает напряжения и хрупкость и задаёт нужное сочетание твёрдости и вязкости. Отпуск — обязательная операция после закалки.
Сочетание закалки с последующим высоким отпуском называют улучшением. Такая обработка даёт наилучшее соотношение прочности и вязкости и широко применяется к среднеуглеродистым конструкционным сталям для ответственных деталей.
Четыре основных вида термообработки различаются температурой, скоростью охлаждения и, как следствие, получаемой структурой и свойствами.
Основные виды — отжиг, нормализация, закалка и отпуск. Отжиг и нормализация разупрочняют и упорядочивают структуру, закалка упрочняет, а отпуск после закалки задаёт нужный баланс твёрдости и вязкости. К ним примыкают химико-термическая обработка (цементация, азотирование) и поверхностная закалка.
Средой охлаждения. При отжиге сталь охлаждают медленно вместе с печью, при нормализации — на спокойном воздухе. Более быстрое охлаждение при нормализации даёт более мелкое зерно и более дисперсный перлит, поэтому нормализованная сталь немного твёрже и прочнее отожжённой.
Закалённая сталь очень твёрдая, но хрупкая и имеет большие внутренние напряжения. Отпуск (нагрев ниже Ac1) снижает напряжения и хрупкость. В зависимости от температуры отпуска получают разное сочетание твёрдости и вязкости — от твёрдого инструмента до вязких деталей машин.
Доэвтектоидные стали нагревают выше точки Ac3 на 30–50 °C для полной аустенитизации, эвтектоидные и заэвтектоидные — выше Ac1 на 30–50 °C. Точные значения зависят от марки и содержания углерода.
Это нагрев под закалку в интервале между Ac1 и Ac3. Для доэвтектоидной стали в структуре сохраняется феррит, снижающий твёрдость, — это нежелательно. Для заэвтектоидной стали такой нагрев штатный: сохраняющийся вторичный цементит повышает твёрдость и износостойкость.
Мартенсит — пересыщенный раствор углерода в α-железе. Его твёрдость растёт с содержанием углерода и достигает примерно 63–65 HRC при 0,6–0,8 % C. Дальнейшее увеличение углерода твёрдость не повышает из-за роста доли остаточного аустенита.
Улучшение — это закалка с последующим высоким отпуском (500–680 °C). Такая обработка даёт структуру сорбита отпуска и наилучшее сочетание прочности и вязкости. Её применяют к среднеуглеродистым конструкционным сталям для ответственных нагруженных деталей.
Нет. Твёрдость мартенсита определяется содержанием углерода, а в низкоуглеродистой стали его слишком мало. Такие стали упрочняют поверхностно через химико-термическую обработку (например, цементацию с последующей закалкой и низким отпуском).
Вы можете задать любой вопрос на тему нашей продукции или работы нашего сайта.