Spheroidizing annealing of steel

Сфероидизирующий отжиг обычно применяют для улучшения формуемости стали в холодном состоянии. Другое его применение — улучшение обрабатываемости резанем заэвтектоидных сталей.

Сфероидизированная структура стали

Сфероидизированная феррито-перлитная структура имеет низкий предел текучести. Уровень предела текучести определяется соотношением и распределением феррита и карбидов. Прочность феррита зависит от величины его зерна. Способность стали к формовке существенно зависит от того, в каком виде находятся карбиды — в пластинчатой или глобулярной.

Нагревом и охлаждением сталей можно получать ее структуру в виде глобулярных карбидов в ферритной мтарице. On the picture 1 показана сталь 40 в полностью сфероидизированном состоянии.

Picture 1 – Сфероидизированная микроструктура стали 40 после 21 часа при температуре 700 ° C

Методы сфероидизации стали

Для получения сфероидизированной структуры в стали применяют следующие методы:
1) Длительная выдержка при температуре как раз ниже Ас₁.
2) Попеременный нагрев и охлаждение между температурами немного выше Ас₁ и немного ниже Аr₁.
3) Нагрев до температуры немного выше Ас₁ и затем или очень медленное охлаждение с печью, или выдержка при температуре немного выше Аr₁.
4) Охлаждение с подходящей скоростью от минимальной температуры, при которой растворяются все карбиды, чтобы предотвратить повторное образование карбидной сетки. Затем повторный нагрев по методам 1) or 2). Применяется для заэвтектоидных сталей с карбидной сеткой.

Температурный интервал для сфероидизации стали

Интервал температур для сфероидизации доэвтектоидной и заэвтектектоидной сталей показан на рисунке 2.

Picture 2 – Упрощенная диаграмма состояния железо-углерод.
Область температур при сфероидизирующих обработках стали

Скорость сфероидизации стали

Скорость сфероидизации зависит от исходной микроструктуры и является максимальной для закалочных структур, в которых карбидная фаза является мелкодисперсной (picture 3). Предварительная холодная деформация также увеличивает скорость сфероидизации.

Picture 3 – Влияние исходной микроструктуры на сфероидизацию стали 40
at a temperature 700 °С в течение 21 o'clock. Слева – исходная мартенситная микроструктура без отпуска, справа – исходная феррито-перлитная микроструктура

Для полной сфероидизации температуры обработки должны быть или немного выше Ас₁ или посередине между Ас₁ and As₃. Низкоуглеродистые стали редко подвергают сфероидизации для улучшения обработки резанием, так в этом состоянии они становятся мягкими и тягучими и дают длинную, вязкую стружку. On the other hand, сфероидизированная низкоуглеродистая сталь способна выдерживать большие пластические деформации.

Твердость сфероидизированной стали

Твердость сфероидизированной стали с зависит ее химического состава: с увеличением содержания углерода и легирующих элементов может возрастать от 165 to 210 NV.

Sources:
1. Gulyaev A. P. Metallurgy, 1986.
2. The Heater’s Guide: Practices and Procedures for Irons and Steels, AMS International, 1995.