Промышленность по производству крупных отливок и поковок является одной из важных базовых отраслей промышленности нашей страны. Крупные отливки и поковки — это основные базовые компоненты различного крупногабаритного критического оборудования, необходимого для развития народного хозяйства и оборонного строительства, такие как роторы генераторов для крупных паровых турбин, рабочие и опорные валки для крупных прокатных станов, корпуса и крышки крупных сосудов высокого давления, гребные и дейдвудные валы крупных судов, а также стволы крупнокалиберных артиллерийских орудий. Эти отливки и поковки обычно изготавливаются непосредственно путем литья из жидкой стали или ковки непосредственно из стальных слитков. Следовательно, при термообработке необходимо учитывать влияние процессов плавки, литья и ковки на внутреннее качество отливок и поковок. Основные влияющие факторы включают:

1. Неоднородность химического состава и наличие различных металлургических дефектов.

2. Крупная и неравномерная зернистость.

3. Большое количество газов и включений.

4. Значительные литейные, ковочные и термические напряжения. Как правило, чем больше размер и вес отливок и поковок, и чем выше содержание легирующих элементов в стали, тем серьезнее будут вышеуказанные проблемы.

Крупные отливки и поковки часто подвергаются множественным термообработкам в процессе производства. Термообработка, проводимая непосредственно после литья или ковки, называется предварительной термообработкой, также известной как первая термообработка; термообработка, проводимая после механической обработки, называется окончательной термообработкой, также известной как вторая термообработка.

Уровень прочности крупных отливок и поковок схож с уровнем прочности мелких отливок и поковок, но их пластичность и ударная вязкость хуже, внутренняя структура неоднородна и не плотна, отклонение внутреннего химического состава значительно, теплопроводность плохая, а форма сложная. Поэтому во время термообработки необходимо уделять особое внимание снижению внутренних напряжений и предотвращению трещинообразования, а также учитывать вредное воздействие атомов водорода. При разработке технологии термообработки можно ориентироваться на диаграмму изотермического распада, диаграмму распада при непрерывном охлаждении и кривую прокаливаемости стали того же класса. Однако необходимо учитывать влияние неоднородности химического состава, крупного зерна и других литейных дефектов. Виды и цели термообработки крупных отливок и поковок следующие:

(1) Диффузионный отжиг (высокотемпературный гомогенизационный отжиг): Цель — устранение или уменьшение ликвации компонентов в крупных отливках и поковках, улучшение морфологии некоторых растворимых включений (таких как сульфиды) и обеспечение однородности и стабильности химического состава, внутренней структуры и механических свойств отливок и поковок.

(2) Нормализация и отпуск: Путем рекристаллизации измельчается внутренняя структура и повышается прочность и вязкость, что позволяет крупным отливкам и поковкам приобрести хорошие комплексные механические свойства и улучшает обрабатываемость заготовки.

(3) Отжиг: Стабилизирует размеры, структуру и свойства крупных отливок и поковок, значительно улучшая их пластичность и ударную вязкость. Технология отжига проста в выполнении, а термические напряжения очень малы. Однако прочность и твердость заготовки несколько ниже.

(4) Закалка и отпуск: С помощью закалки и отпуска можно значительно улучшить комплексные механические свойства крупных отливок и поковок. Когда к крупным отливкам и поковкам предъявляются более высокие требования, обработка закалкой и отпуском должна проводиться после достаточного отжига.

(5) Отжиг для снятия напряжений: Цель — устранение внутренних напряжений в крупных отливках и поковках, в основном используется для ремонта деталей, сварных конструкций и устранения напряжений после черновой механической обработки для предотвращения дефектов и стабилизации размеров крупных отливок и поковок. Температура отжига для снятия напряжений должна быть на 10-30°C ниже температуры отпуска заготовки; время выдержки обычно составляет не менее δ/25 часов (δ — максимальная толщина стенки заготовки в мм), после чего следует медленное охлаждение в печи.