Отжиг применяется в тех случаях, когда нужно изменить крупнозернистую структуру стали, т. е. измельчить зерно и сделать структуру мелкозернистой, чем снижается твердость, улучшается обрабатываемость стали режущим инструментом, снимаются внутренние напряжения в деталях. При отжиге стальную деталь нагревают до температуры 750—860° С и после выдержки медленно охлаждают вместе с печью.

Нормализация преследует те же цели, что и отжиг. Отличием ее от отжига является большая скорость охлаждения стальных деталей после нагрева и выдержки. При нормализации температура нагрева на 30—50° С выше, чем при отжиге, а охлаждение производится на спокойном воздухе. Благодаря этому нормализованные детали имеют более высокую твердость, а пластичность их меньше. Нормализация способствует образованию в стали более мелкого зерна, чем при отжиге.

Закалка применяется в тех случаях, когда нужно повысить прочность, упругость и твердость стали. При закалке сталь нагревают в горне, в термической печи или током высокой частоты в индукторе до температуры 750—860° С, выдерживают некоторое время при этой температуре, после чего быстро охлаждают в воде, масле или на воздухе. В зависимости от скорости охлаждения в стали образуются новые мелкозернистые структуры.

Отпуском называется вид термической обработки, заключающийся в нагреве закаленной стали до температуры 150— 670° С, выдержке при этой температуре и последующем медленном охлаждении в воде или на воздухе. Отпуск в зависимости от температуры нагрева бывает трех видов: низкий, средний и высокий. Низкий отпуск производится при температуре 150—250° С. Такой отпуск главным образом снимает внутренние напряжения, а высокая твердость и износостойкость детали сохраняются. Низкий отпуск применяют для инструментальных сталей.

Средний отпуск осуществляется при нагреве стальных деталей до температуры 350—480° С. При среднем отпуске повышается предел прочности и упругость. Этот отпуск применяют при обработке пружин, рессор и штампов, а также ударного инструмента.

Высокий отпуск осуществляют при нагреве закаленных стальных деталей до температуры 480—670° С, применяют его для обработки деталей, изготовленных из улучшенной конструкционной стали. Такому отпуску подвергают шатуны, шатунные болты, передние оси автомобилей и т. п.

Температуру нагрева деталей при термической обработке определяют специальными приборами, называемыми пирометрами. При отсутствии пирометров температуру нагрева металла можно определить грубо на глаз по цветам каления и по цветам побежалости стали.

При нагревании сталь окисляется и на ее поверхности появляются пленки окислов, которые приобретают различную окраску, зависящую от толщины пленки и температуры нагрева. Такая окраска металла при нагревании называется цветом побежалости. При температуре свыше 330° С цвета побежалости исчезают.

При нагревании стали до температуры выше указанной цвет металла также изменяется в зависимости от температуры. Цвет стали при нагреве выше 330° С называется цветом каления. В табл. 4 и 5 приведены цвета каления и цвета побежалости стали, соответствующие температурам нагрева.

Химико-термическая обработка стали. При химико-термической обработке стали изменяется химический состав и структура поверхностного слоя стали под действием температуры и среды. Химико-термическая обработка повышает поверхностную твердость стали и применяется для повышения износостойкости трущихся поверхностей, стойкости против коррозии и жаростойкости при сохранении достаточной вязкости и упругости сердцевины.

В зависимости от того, каким элементом насыщается поверхностный слой детали, различают следующие виды химико-термической обработки: цементация, азотирование, цианирование, али-тирование и др.

Цементацией называется процесс поверхностного науглероживания стали. Существуют три вида цементации: твердыми карбюризаторами, газовая и жидкостная. Цементация твердыми карбюризаторами заключается в том, что детали из малоуглеродистых сталей (с содержанием углерода не более 0,25%) укладывают в цементационные стальные ящики, пересыпают науглероживающим веществом (карбюризатором, который состоит из древесного угля и углекислых солей бария), затем герметически закрывают и устанавливают в специальную печь. В печи детали нагревают до температуры 900—980 °С и выдерживают при этой температуре в течение нескольких часов, затем медленно охлаждают, после чего детали подвергают нормализации, закалке, отпуску.

Для равномерного науглероживания поверхности деталей перед цементацией тщательно очищают от ржавчины, грязи и масла. Участки поверхностей, не подлежащие цементации, предохраняют различными способами: омеднением гальваническим способом или обмазыванием различными пастами. Отверстия деталей набивают изолирующей массой, состоящей из асбеста, слюды и окалины.

При газовой цементации применяют газы, содержащие углерод (природный, нефтяной, светильный и др.).

Жидкостную цементацию проводят в соляных ваннах, в состав которых входят соли: цианистый натрий, поваренная соль, хлористый барий и углекислый натрий.

Азотирование представляет собой процесс насыщения азотом поверхностного слоя детали. Азотированная сталь имеет высокую твердость поверхностного слоя и большую стойкость против коррозии. Азотированию подвергают главным образом легированные стали. Детали, подлежащие азотированию, обрабатывают сначала механически, а затем подвергают закалке и отпуску. Подготовленные детали укладывают в муфель электрической печи, который герметически закрывается. В муфель подается аммиак. При температуре 480—520 °С аммиак разлагается на азот и водород. Процесс азотирования продолжается от 30 до 80 ч.

Цианирование — такой вид химико-термической обработки, при которой поверхностный слой стальной детали насыщается одновременно углеродом и азотом. Цианирование проводят в жидкой или газовой среде. Жидкостное цианирование осуществляют нагревом стальных деталей в расплавленных цианистых солях, а газовое цианирование — в газовой среде, которая состоит из смеси аммиака и газов, содержащих углерод. Цианирование проводится при температуре 800—860 °С.

Алитирование —это процесс насыщения поверхностного слоя стальных деталей алюминием.