Описание процесса отжига стали и металла, его виды, функции и технология

Что представляет собой отжиг

Отжиг является одним из методов термической обработки металла и стали. Он основан на нагреве до очень высокой температуры. То есть металл нагревают до нужной температуры в зависимости от цели и способа, выдерживают в таком состоянии некоторое время, а затем постепенно охлаждают.

Отжиг можно проводить в ряде случаев. Для примера рассмотрим самые основные. Обычно его проводят в следующих целях:

• для снижения внутренних напряжений металла, которые могут быть результатом ковки, иного воздействия на него или обработки;
• улучшить механические свойства и прочность металла;
• придать однородность структуре;
• для улучшения пластичности, что очень важно при лечении;
• для повышения уровня сопротивления и ударной вязкости и т.д.

Виды особенности

В зависимости от цели и назначения отжиг может иметь следующие варианты:

• полный и неполный;
• перекристаллизация;
• диффузия;
• изотермический;
• сфероидизация;
• нормализация и др.

Давайте подробнее рассмотрим некоторые из них.

Технология полного отжига

Полный отжиг производится для измельчения зерна и повышения качества обработки режущим инструментом, а также для устранения внутренних напряжений. Ему подлежат изделия из доэвтектоидного сплава или стали, содержащие углерод в количестве не более 0,8 %. К таким изделиям относятся кованые и литые детали.

Относительно технологии: продукт подвергается нагреву, достигающему критической отметки примерно в 20-50 градусов, которая имеет обозначение А3. Затем выдержать в таком состоянии столько времени, сколько необходимо, и медленно остудить. Температуру нагрева определяют в зависимости от марки стали по диаграмме состояния. Для каждого вида стали существуют определенные температуры, при которых достигается необходимая степень нагрева. Эти значения можно найти в справочных таблицах.

Время охлаждения также диктуется структурой и составом стали, например, изделия из углеродистой стали охлаждаются со скоростью 180-200 градусов в час, детали из низколегированной стали охлаждаются со скоростью 90 градусов в час, из высоколегированной стали, если полностью отожженный, остывает еще медленнее — 50 градусов в час. Однако, поскольку изделия из высоколегированной стали часто подвергают другому виду термической обработки, изотермической, существуют исключения.

Благодаря полному отжигу неоднородная структура углеродистой и доэвтектоидной стали, состоящая из крупных и мелких зерен и часто неудовлетворительная по своим механическим свойствам, становится однородной и податливой для обработки. Именно для этих целей и проводится полный отжиг.

Особенности и цель неполного отжига

Если полный отжиг предназначен для изделий, не отвечающих каким-либо требованиям, то неполный отжиг проводят на тех же изделиях с более или менее удовлетворительными механическими свойствами. То есть в результате неполной термической обработки изменится только перлитная структура металла, а ферритная структура останется неизменной. «Перлит» в переводе с французского означает «шарик», он входит в структуру стали, чугуна и других железоуглеродистых сплавов. Перлит состоит из феррита и цементита, образующих эвтектоидную смесь. Другими словами, основная цель — сделать сталь максимально мягкой и ковкой.

Технологически процесс неполного отжига отличается степенью нагрева, в этом случае он достигает критической точки на 30-50 градусов выше до А1. Температура нагрева достигает 770 градусов, постепенное охлаждение происходит со скоростью 60 градусов в час: сначала в печи до 600 градусов, а затем на открытом воздухе.

Эта термическая обработка также используется для заэвтектоидной и легированной стали. Он нагревается до критической точки Ac1, превышая ее на 10–30 градусов. В результате такого нагрева происходит рекристаллизация сплава, что в свою очередь способствует образованию сферического перлита. Этот процесс также называют сфероидизацией.

Рекристаллизация и диффузия

• Рекристаллизационный отжиг проводят для восстановления кристаллической решетки, нарушенной в результате деформации стали. Деформация приводит к наклепу, который сопровождается снижением пластичности, сталь становится очень жесткой, что делает невозможным ее обработку. Деформированную сталь нагревают до 650-680 градусов, в результате чего зерна феррита и перлита, находящиеся в расширенном против деформации состоянии, равномерно распределяются, восстанавливая кристаллическую решетку и возвращая стали пластичность и мягкость.
• Диффузионный отжиг проводится для выравнивания структурной однородности на химическом, то есть на атомарном уровне. Такая необходимость может возникнуть при затвердевании литых блоков, иначе этот эффект называют дендритной сегрегацией. Гомогенизация, или диффузионный отжиг, устраняет сегрегацию дендритов за счет перемещения атомов примесей из части с высоким накоплением в часть с недостатком, тем самым сглаживая химическую структуру.

Чтобы этот процесс протекал успешно, нагрев проводят при очень высоких температурах, с длительной выдержкой и с медленным охлаждением, в отличие от рассмотренных выше видов. Это означает, что это температуры выше 1000 градусов, время выдержки более 12 часов.

Структурные изменения в металле после проведения изотермического отжига

В условиях нагрева стали до температуры, превышающей интервал превращения, в течение этого интервала происходит последующее быстрое охлаждение, выдержка и охлаждение, рекристаллизация. Аустенитная структура при разрушении превращается в ферритную с частицами цементита, формируется перлитная структура. Благодаря выравниванию температуры по сечению продукта превращения происходят равномерно по всему объему. Структура становится мелкозернистой и однородной, снимаются внутренние напряжения.

Наш завод занимает лидирующие позиции в Пермском крае в области химико-термической обработки металлов. Специалисты завода используют инновационные подходы и современные технологии, разрабатывают уникальные процессы с помощью собственной лаборатории. Проведение изотермического отжига на оборудовании с компьютерным управлением под контролем квалифицированного персонала позволяет добиться максимально высоких результатов и удовлетворить самых требовательных клиентов. Наша фабрика использует индивидуальный подход к каждому заказу и при необходимости готова работать 24 часа в сутки, 7 дней в неделю».

можно, заполнив форму обратной связи. Также вы можете заказать услугу изотермического отжига деталей и получить всю интересующую вас информацию, позвонив по телефонам, указанным на сайте.

Отжиг II рода – процессы с фазовой перекристаллизацией

Отжиг второго типа проводят только при температурах выше порога начала фазовых превращений. Варианты — полный, изотермический, неполный.

Полный

Полный отжиг состоит из нагрева выше критической температуры А3 (окончание рекристаллизации), выдержки до завершения фазовых превращений и медленного охлаждения. При нагреве до температур, превышающих точку А3 на 30-50°С, сталь после полного отжига приобретает однофазную аустенитную структуру с мелким зерном, что придает повышенную ударную вязкость и пластичность. При более высоких температурах аустенитное зерно увеличивается в размерах, что снижает свойства полуфабриката.

Температура нагрева и время выдержки в условиях высоких температур определяются видом изделий, способом их размещения в печи и высотой загрузки. Для защиты стали от окисления и обезуглероживания отжиг проводят в защитных средах.

Скорость охлаждения определяется химическим составом стали. Чем выше стабильность переохлажденного металлического перлита, тем медленнее он должен охлаждаться. Поэтому углеродистая сталь остывает со скоростью 100-150 градусов в час, а легированная намного медленнее — со скоростью 40-60 градусов в час. После разрушения аустенита в ферритной области охлаждение может стать более интенсивным. Это можно реализовать даже в воздухе. Если целью данного вида термической обработки является снятие нагрузок в деталях сложной конфигурации, в печи проводят медленное охлаждение до достижения нормальных температур.

Полный отжиг обычно применяют для сортового проката, фасонных отливок, поковок из среднеуглеродистой стали.

Изотермический отжиг

При этом виде термообработки нагрев проводят, как и при полном отжиге. Отличием процесса является быстрое охлаждение до температур ниже критической точки А1, обычно +660…680°С. При температуре, до которой сталь была быстро охлаждена, проводят изотермическую выдержку — до 6 часов, в течение которой аустенитная структура полностью растворяется. На следующем этапе полуфабрикаты охлаждают на воздухе.

Преимуществом изотермического процесса по сравнению с полным является сокращение периода эксплуатации. Особенно это относится к маркам сплавов. Еще одним преимуществом является достижение максимально однородной структуры по всему сечению заготовки. Заготовки, подвергнутые строгальной обработке, отжигают при температурах 930-950°С, что приводит к незначительному укрупнению зерна и улучшению обработки режущего инструмента.

Читайте также: Как запаять алюминиевый радиатор: 3 технологии

Чаще всего изотермическому отжигу подвергают: поковки и прокат малых размеров, изготовленный из легированных марок. Для больших клетей (от 20 т) изотермический отжиг не применяют, так как превращения в некоторых частях клети осуществляются в разных температурных режимах.

Для рессорной среднеуглеродистой стали с содержанием углерода 0,6-0,9% С применяют специализированную изотермическую обработку, называемую патентированием. Этот процесс служит для подготовки проволоки к многоступенчатому обжатию при холодном волочении.

Первый этап — нагрев заготовок до температур полной аустенизации структуры (примерно +900°С), второй — погружение в соли с температурой в диапазоне +450…+600°С.

Структуры сорбита или тонкопластинчатого троостита, образующиеся после такой обработки, дают:

• возможность значительной компрессии при обкатке;
• отсутствие поломки при холодных деформациях;
• высокая прочность после готового рисунка.

Неполный отжиг

При неполном отжиге металлические изделия нагреваются несколько выше критической температуры А1. Этот вид термообработки улучшает резку полуфабрикатов из заэвтектоидных (с содержанием углерода более 0,8%) легированных и углеродистых сталей.

Стадии неполного отжига в заэвтектоидной стали:

• Нагрев до температуры выше точки А1 на 10-30°С (обычно +750…770°С). Обеспечивает практически полную рекристаллизацию структуры. В ходе этого процесса пластинчатый феррит принимает сферическую форму. Поэтому эту операцию часто называют сфероидизацией.
• Охлаждение до 600°С со скоростью до 60°С/час. Чем больше в стали легирующих добавок, тем медленнее должно быть охлаждение.
• Воздушное охлаждение от +600°С до нормальной температуры.

Нормализационный отжиг

Нормализация (нормализационный отжиг) считается промежуточным процессом между закалкой и отжигом, так как позволяет получить меньшую хрупкость металла, чем при закалке, и большую твердость, чем при других видах отжига. Поэтому нормализация представляет собой процесс, широко применяемый для изготовления деталей машиностроения.

Нормализация часто выполняется с прокатным нагревом. Температура нагрева:

• доэвтектоидная сталь — до температур выше А3 на 40-50°С;
• заэвтектоидная сталь — на 40-50°С выше точки Ам.

Затем проводят кратковременную выдержку, в ходе которой завершаются фазовые превращения, охлаждение на воздухе.

Нормализация сопровождается полной рекристаллизацией, измельчением структуры, образовавшейся после литья, ковки, прокатки, штамповки. Для низкоуглеродистых сталей востребована нормализация вместо отжига для достижения повышенной твердости, улучшения характеристик резания и качества поверхности. Для некоторых марок сплавов нормализация с воздушным охлаждением заменяет процесс закалки. Нагрев для нормализации качественного горячекатаного проката часто осуществляется токами высокой частоты.

Отжиг второго рода (ΙΙ-го рода)

Отжиг типа ΙΙ основан на использовании фазовых превращений сплавов и заключается в нагреве выше температуры превращения с последующим медленным охлаждением до достижения стабильного структурного состояния сплавов.

Полный отжиг

Полный отжиг проводят для доэвтектоидных сталей. Для этого стальную деталь нагревают выше критической точки А3 на 30–50 °С, а после нагрева осуществляют медленное охлаждение. Как правило, детали охлаждаются вместе с печью со скоростью 30–100 °С/час. Структура доэвтектоидной стали после отжига состоит из избыточного феррита и перлита.

Основные цели полного отжига:

— устранение дефектов структуры, возникших при предшествующей обработке (литье, горячая деформация, сварка, термическая обработка), — крупнозернистая и видманштаттовская структура;

— размягчение стали перед резанием — получение крупного зерна для улучшения качества поверхности и большей хрупкости малоуглеродистой стали;

— снижение стресса.

Неполный отжиг

Неполный отжиг отличается от полного тем, что нагрев осуществляется на 30–50 °С выше критической точки А1 (линия ПСК на диаграмме «Железный цементит»). Частичный отжиг доэвтектоидной стали проводят для улучшения обрабатываемости. При неполном отжиге происходит частичная рекристаллизация стали за счет перехода перлита в аустенит. Избыточный феррит лишь частично превращается в аустенит. Такой отжиг проводят при температуре 770–750°С с последующим охлаждением со скоростью 30–60°С/с до 600°С, затем на воздухе.

Частичный отжиг широко применяют для заэвтектоидных углеродистых и легированных сталей. Нагрев этих сталей на 10–30 °С выше Ас1 вызывает практически полную рекристаллизацию сплава и позволяет получить зернистую (сферическую) форму перлита вместо пластинчатой. Этот отжиг называется сфероидизацией. Частицы цементита, не растворившиеся при нагреве, или участки аустенита с повышенной концентрацией углерода из-за его неполной гомогенизации после растворения цементита служат центрами кристаллизации цементита, который выпадает в осадок при последующем охлаждении до температуры ниже А1 и в этом случае имеет зернистая форма. В результате нагрева до температуры значительно выше А1 и растворения большей части цементита и более полной гомогенизации аустенита последующее выделение цементита ниже А1 происходит в пластинчатой ​​форме. Если избыток цементита был в виде решетки, то перед этим отжигом его необходимо нормализовать нагревом выше Асм (желательно с охлаждением в направленном воздушном потоке).

Сталь близкого к эвтектоидному составу имеет узкий интервал температур нагрева (750–760 °С) для отжига до гранулированного цементита; для заэвтектоидных сталей интервал расширен до 770–790 °С. Легированная заэвтектоидная сталь может нагреваться до более высоких температур 770-820°С. Охлаждение и сфероидизация цементита происходит медленно. Охлаждение должно обеспечивать распад аустенита в ферритно-карбидную структуру, сфероидизацию и коагуляцию образовавшихся карбидов до 620-680°С.

Отжиг на зернистый перлит (маятниковый отжиг)

Для получения гранулированного перлита применяют отжиг с различными вариациями термического цикла в сверхкритическом и межкритическом интервалах температур, маятниковые виды отжига с различными выдержками и числом циклов.

Сталь с зернистым перлитом имеет более низкую твердость, предел прочности при растяжении и соответственно более высокие свойства пластичности. Например, эвтектоидная сталь с пластинчатым перлитом имеет твердость 228НВ, а с зернистым перлитом — твердость 163НВ и, следовательно, временную прочность 820 и 630 МПа, относительное удлинение 15 и 20%.

Микроструктура стали после отжига до зернистого перлита (ГЗП) следующая

После отжига до гранулированного перлита стали имеют наилучшую обрабатываемость, при этом достигается более высокое качество поверхности. В некоторых случаях отжиг для гранулированного перлита является обязательной предварительной операцией. Например, чтобы избежать растрескивания при нагромождении болтов и заклепок.

Изотермический отжиг

Изотермический отжиг заключается в нагреве стали до температуры Ас3+ (30–50 °С), последующем ускоренном охлаждении до температуры изотермической выдержки ниже точки А1 и дальнейшем охлаждении в спокойном воздухе. Изотермический отжиг имеет два преимущества перед обычным отжигом:

— больший выигрыш во времени, так как общее время ускоренного охлаждения, выдержки и последующего охлаждения может быть меньше, чем при медленном охлаждении изделия вместе с печью;

— добиться более однородной структуры по сечению изделий, так как при изотермической выдержке температура по сечению изделия выравнивается и превращение во всем объеме стали происходит при одинаковой степени переохлаждения.

Патентирование

Патирование — операция отжига, обычно присваиваемая пружинной проволоке, с содержанием углерода 0,65 — 0,9 %, перед волочением. Процесс заключается в аустенизации металла и последующем пропускании его через расплав соли с температурой 450–550 °С (для ДИПА это температуры изотермической выдержки в области с минимальной устойчивостью аустенита). Это приводит к образованию тонкопластинчатого троостита или сорбита, что позволяет достичь степени обжатия более 75 % при вытяжке и предела прочности при растяжении 2000–2250 МПа после КПД.

Особенности отжига различных видов стали

Все термические операции с металлом проводятся в строгом соответствии с установленными требованиями для каждого класса. Определяющим значением является содержание углерода и других металлов в составе сплава. Фактором, влияющим на твердость после отжига стали, является время выдержки в печи и режим охлаждения.

Для точного соблюдения условий охлаждения часто используются 2 печи. В одном поддерживается максимальная температура, а в другом продукт выдерживается необходимое время для завершения внутренних структурных процессов. Так, температура отжига нержавеющей стали в первой камере может превышать 1000°С, а затем изделия несколько часов выдерживают при 900°С и охлаждают до 300°С со скоростью 50-100°С в час. Дальнейшее охлаждение осуществляется на воздухе.

Методы отжига легированной инструментальной стали

Режимы отжига углеродистых инструментальных сталей

Режимы отжига быстрорежущих сталей

Значительную долю в общем объеме термической обработки занимают доэвтектоидные стали. Содержание углерода в них менее 0,8%. Структура состоит из феррита и перлита, поэтому в большинстве случаев достаточно провести неполный отжиг доэвтектоидной стали, что снизит твердость и повысит пластичность. Низкоуглеродистые сплавы в больших объемах применяются в строительстве, в сооружениях, возводимых в народном хозяйстве. Но в некоторых случаях требования к металлической конструкции более строгие. Затем необходимо провести полный отжиг доэвтектоидной стали для снятия напряжения и получения равновесной структуры с заданными качествами. Используемый метод выбирают исходя из требований производителей, характеристик имеющегося технологического оборудования. В технической документации указаны температуры и время, необходимые при отжиге для достижения качеств, достигаемых закалкой и отпуском.

При термообработке происходят сложные структурные изменения, которые можно проанализировать только с помощью специального оборудования. На основании научных данных разработаны нормы и рекомендации, выполнение которых обязательно в производственных условиях. Полученная структура при отжиге и другие показатели строго регламентированы и практически невозможны в домашних условиях. Однако добиться изменения структуры конструкции, сделать металл мягким и податливым можно своими руками. Качества отожженной стали для бытового использования будет достаточно. Для домашнего мастера не имеет значения, имеет заготовка эвтектоидный или аустенитный характер.

Отжиг полный, неполный

Основным критерием разделения отжига на виды является температура нагрева заготовки. Так, если значение этого показателя превышает критические точки Ас1 и Ас3, термообработка данного вида является неполной и полной.

Полный отжиг

Процедура полного отжига в основном проводится после литья или какой-либо формы термообработки углеродистой стали или стали, содержащей легирующие добавки. При реализации преследуются следующие цели:

• устранение существующей внутренней напряженности;
• снижение твердости металла. Это улучшит обработку с помощью режущего инструмента;
• создание мелкозернистой структуры.

Это обеспечивается нагревом сплава до температуры (обозначение Т), превышающей критическую точку Ас3 (768°С ≤Т≤911°С) не более чем на 30°С-50°С, и выдерживается до экстенсивного завершения фазовых превращений, после чего проводят медленное охлаждение. Требование соблюдения диапазона повышения температуры выше в точке Ac3 вполне обосновано. Если это свойство увеличивает свои пределы в процессе термической обработки, структура аустенита изменится с мелкозернистой на крупнозернистую. Таким образом, цель не будет достигнута, а металл не получит необходимых показателей качества.

Еще одним важным параметром полного отжига является скорость охлаждения. Это зависит от химического состава сплава. Металл, проявляющий меньшую степень устойчивости переохлажденного перлита, подвергается более быстрому охлаждению. Отсюда сталь

• содержащие легирующие добавки, охлаждаемые со скоростью 40°С/час…60°С/час;
• углеродистые должны охлаждаться в 2,5 раза быстрее — 100°С/час… 150°С/час.

После прохождения ферритной зоны распада аустенита можно организовать более интенсивное охлаждение. Допускается реализация даже на открытом пространстве в атмосферном воздухе.

Другой подход актуален при необходимости выравнивания внутренних напряжений в изделиях, характеризующихся сложной конфигурацией. В этом случае необходимо охлаждать в духовке до тех пор, пока их температура не сравняется с этим показателем окружающей среды.

Неполный отжиг

Этот метод термической обработки включает нагрев стали до уровня, несколько превышающего критическую температуру в точке Ac1 (приблизительно 727°C). Неполный отжиг улучшает механическую обработку деталей из заэвтектоидных (с содержанием углерода более 0,8%) углеродистых сталей и сталей с легирующими добавками.

Последовательность шагов в этом процессе следующая:

• нагрев стали до температуры (обозначение Т) в пределах +750°С≤Т≤770°С. Это примерно на 20°С…40°С больше значения этого параметра в критической точке Ac1. Происходит почти обширная перекристаллизация структуры. В этом случае пластинчатый перлит приобретает сфероидальную конфигурацию. В связи с этим данная операция получила другое название — сфероидизация;
• охлаждение. Ее проводят со скоростью не более 60°С в час до достижения температуры Т=600°С. С увеличением количества легирующих добавок охлаждение должно происходить медленнее;
• Охлаждение в открытом космосе под действием атмосферного воздуха.

Отжиг изотермический

При этом виде термообработки сплав нагревается до того же уровня, что и при полном отжиге. Затем металл подвергают ускоренному охлаждению до тех пор, пока его температура не упадет ниже точки Ac1 и не войдет в диапазон +660°C≤T≤680°C. Достигнутое значение этого параметра сохраняется в течение ок. 6 часов — до полного распада аустенитной структуры. Кроме того, заготовки охлаждаются за счет контакта с окружающим воздухом.

Преимуществом изотермического отжига по сравнению с полным отжигом является более короткая продолжительность процедуры. Это особенно заметно при обработке легированных сплавов. У этого метода есть и еще одно преимущество: во всем объеме продукта формируется максимально однородная структура. Отжиг заготовок, которые будут обрабатываться резанием, проводят при температуре в пределах +930°С≤Т≤950°С. Данное технологическое решение обеспечивает:

• небольшое увеличение размера зерна;
• облегчить обработку изделий с помощью режущего инструмента.

Процедура изотермического отжига чаще всего применяется в отношении металлопроката из стали с легирующими добавками, а также поковок. Для больших садков (более 20 тонн) этот метод неприменим. Причина в том, что превращения на отдельных фрагментах клетки продолжаются при разных температурных показателях.

Существует также специализированная изотермическая обработка, называемая патентированием. Актуально для среднеуглеродистого пружинного сплава с содержанием углеродистых элементов в пределах 0,6…0,9%. Запатентованная резьба подготовлена ​​к многоступенчатой ​​процедуре обжатия при холодном волочении. Данная термообработка проводится в два этапа:

• горячие изделия примерно до 900°С. При этой температуре происходит обширная аустенизация структуры;
• погружение в расплав соли с температурой в пределах +450°С≤Т≤600°С.

В результате образуются структуры тонкопластинчатого троостита или сорбита. Эта структура обеспечивает:

• высокие прочностные характеристики после окончательной вытяжки;
• прохождение холодных деформаций без возникновения трещин;
• возможность значительного сжатия при протяжке.

Отжиг диффузионный

Этот отжиг имеет еще одно распространенное название — гомогенизация. При использовании стальные слитки с легирующими добавками подвергаются термической обработке. Диффузионный отжиг обеспечивает снижение уровня внутрикристаллической неоднородности или дендритной сегрегации, за счет чего в металле формируются следующие отрицательные свойства:

• склонность к излому, как пластинчатому, так и хрупкому;
• неравномерность свойств в разных направлениях;
• снижение пластичности;
• снижение вязкости;
• трещины.

Диффузионный отжиг проводят следующим образом: вначале металл нагревают до высокой температуры (+1200 °С). При этом его конструктивные параметры корректируются по всем направлениям. Затем сплав выдерживают от пятнадцати до двадцати часов. Охлаждение проводят в 2 этапа — сначала ускоренно до +800°С≤Т≤820°С, а затем — медленно в атмосферном воздухе.

Результатом гомогенизации является образование отдельных крупных зерен. Затем их измельчают путем термической обработки или обработки давлением.

Отжиг низкотемпературный

Этот вид термической обработки имеет и другие названия – «высокий отпуск», а также «низкий отжиг». Этот метод достаточно сложен. Обеспечивает медленный нагрев сплава, чтобы его температура не превышала критической точки; поддерживать достигнутую температуру до полного прогрева металла; его медленное остывание в духовке.

Предназначение

Термическая обработка в виде низкотемпературного отжига предназначена для повышения степени обрабатываемости легированных хромовых (содержащих примеси элемента Cr) и хромоникелевых (помимо элемента Cr, в состав входит элемент Ni) из:

• понизить показатель твердости;
• выравнивание существующих внутренних напряжений.

Другая цель низкотемпературного отжига — получение гранулированного перлита. Наличие в составе этой доэвтектоидной смеси цементита с ферритом придает стали улучшенное удлинение и повышает порог прочности.

Характеристики процесса

Необходимость технологической точности является основной особенностью низкого отжига. При нарушении условий термической обработки не исключено возникновение повторных внутренних напряжений.

Начальной фазой данного техпроцесса является медленный нагрев изделий до температуры от +600°С≤Т≤680°С, т.е ниже точки Ас1. Для определения точных температурных показателей необходимо пользоваться специальными формулами, учитывающими температуры плавления и рекристаллизации металла.

Структурные изменения также характерны для производных:

• химический состав материала;
• оригинальная структура;
• время ожидания.

Следует отметить, что при повышении температуры нагрева на выдержку отводится меньший временной интервал. Его пределы следующие: минимум 2 и максимум 8 часов. И еще: обработка металлов низкотемпературным отжигом характеризуется отсутствием перекристаллизации фаз. Происходит образование сорбитной структуры, сопровождающееся повышением уровня ударной вязкости, но снижением твердости.

Отжиг для снятия напряжений

Этот прием применяют для снятия остаточных напряжений в отливках, сварных, резаных изделиях после неравномерного охлаждения, пластического удара. Такие напряжения чреваты изменением размеров, деформацией готовых металлических изделий при хранении, транспортировке и использовании по назначению.

Снятие напряжений при отжиге стали предполагает использование следующей температуры:

• +570…+600 °С для ходовых винтов, шестерен, червяков с выдержкой 2-3 часа после обработки, затем +160…+180 °С и выдержкой 2-2,5 часа с момента окончания отделочных мероприятий, направленных на напряжение облегчение после растирания.
• +650…+700 °С для снятия с металла напряжений, вызванных сваркой.

Остаточные напряжения можно уменьшить рекристаллизационным отжигом, при котором происходят описанные выше фазовые превращения.

Параметры обработки

Температура нагрева и другие параметры процесса подбираются в каждом случае индивидуально. Они зависят от целей, преследуемых отжигом, и состава обрабатываемого металла. Учитываются также масса и форма отожженных изделий. Все основные параметры определяются расчетными методами. Кроме того, они обобщены в специализированных технологических энциклопедиях. Например, сталь 45 требует отжига при температуре +780…830 ℃, точнее эта величина определяется размерами заготовок.

Используемое оборудование сегодня

В термических цехах для закалки, отпуска и отжига стальных изделий, как правило, используется одно и то же оборудование. Нагрев осуществляют в камерных печах с открытыми или закрытыми источниками тепла, а также в индукционных и газопламенных установках.

Отдельные виды этого оборудования могут работать с защитными средами из вакуума или химически нейтральных газов. Для проведения изотермических операций применяют печи или ванны с расплавленными металлами и солями.

Перевозка продукции осуществляется специальными тележками с рельсовыми направляющими, при этом охлаждение продукции на воздухе обычно осуществляется непосредственно на этих транспортных средствах. Для погрузки и разгрузки деталей используются мостовые и стреловые краны, а также балочные краны.

Особенности отжига для разных марок

Все операции, выполняемые с металлом и связанные с высокими температурами, выполняются строго по инструкции, четкому регламенту. К каждой марке стали предъявляются свои требования. И зависят они в первую очередь от показателей углерода в структуре, от того, какие еще металлы присутствуют в сплаве. Твердость после отжига зависит не столько от температурного режима, сколько от времени нахождения детали в печи. Рассмотрим примеры таких рецептов.

• Легированный. Марка Х — температура 770-790 градусов, марка Х12 — 850-870 градусов, В2Ф — 760-800 градусов.
• Углерод. Марка У7 — 690-710 градусов, У8 — те же значения, У10 и У12 — 750-770 градусов.
• Быстрорежущей стали. Р18 — ​​840-860 град, Р6М5- 840-860, Р12Ф3 — 860-880 град.
• Углеродистая конструкционная сталь. Температурные значения для следующих вариантов: марка 20 – 735-850, 25 – 735-835 градусов, 35 – 730-810 градусов, 40 – 730-790 градусов, 45 – 730-770 градусов, 75 – 730-820 градусов.

Термическая обработка – это не какие-то 3 правила или параметра, это очень сложный процесс, который еще изучается. В металле происходят серьезные структурные изменения, и проанализировать их можно только с помощью специального оборудования. Все нормы и инструкции основаны на научных данных, поэтому точно отступать от них нельзя. А в домашних условиях создать такую ​​конструкцию, как заявлено в регламенте, практически невозможно. Но добиться каких-то изменений, сделать металл более пластичным, реально. То есть для бытовых нужд такая процедура возможна, и оценка отожженной стали будет вполне удовлетворительной.

Термическая обработка на основе диаграммы

Все превращения в металлургии железа, в основе которых лежит температурная игра, четко соответствуют схеме железоуглеродистых сплавов. Является наглядным пособием для определения микроструктуры углеродистой стали или чугуна, а также точек трансформации структур и их функций под действием нагрева или охлаждения.

Читайте также: Как заточить плоскорез. Шлифовальные фрезы по металлу: торцевые, винтовые

Технология металлов регламентирует этим планом все виды отжига углеродистой стали. Для неполной, низкой, а также для рекристаллизации «стартовыми» значениями температуры является линия ФМН, а именно ее критическая точка Ас1. Полный отжиг и нормализация стали термически ориентированы на линию диаграммы GSE, ее критические точки Ac3 и Asm. На схеме также четко устанавливается связь определенного способа термической обработки с типом материала по содержанию углерода и соответствующей возможностью реализации для конкретного сплава.

Охлаждение стали при ее отжиге

Скорость охлаждения при отжиге стали не должна быть более 50-100°С в час, что может быть достигнуто только охлаждением с печью. Это обеспечивает превращение аустенита с минимальной степенью переохлаждения и гарантирует формирование равновесной феррито-перлитной структуры.

Какое оборудование используется?

Для нагрева однородных металлов, сплавов применяют различное оборудование. Это включает в себя:

1. Шахтные печи. Подходит для различных технологических процессов, связанных с металлическими заготовками. Может обогреваться газовыми или электрическими элементами.
2. Камерные печи. Используется для нагрева мелких деталей.
3. Печи с установленным механизмом выдвижного пода. Предназначен для термической обработки крупногабаритных деталей. К верху конструкции крепится кран-балка, с помощью которого выгружаются заготовки, загружаются новые.
4. Вакуумные печи. Применяется при термической обработке быстрорежущей стали, тугоплавких металлов, титана, меди.