Что называется отжигом стали

Отжиг 1-го вида — без фазовой перекристаллизации — применяется для приведения металла в более равновесное структурное состояние: снимается наклёп, понижается твёрдость, возрастают пластичность и ударная вязкость, снимаются внутренние напряжения (в связи с процессами отдыха и рекристаллизации) .

Отжиг 2-го вида осуществляется с фазовой перекристаллизацией: сталь нагревается до температуры выше критических точек, затем следует выдержка различной продолжительности и последующее сравнительно медленное охлаждение.

Полный и неполный отжиг

Полный отжиг заключается в нагреве стали на 30—50 °С выше верхней критической точки для полного превращения структуры стали в аустенит и последующем медленном охлаждении до 500—600 °С для образования феррита и перлита. Скорость охлаждения для углеродистых сталей около 50—100 °С/ч. Если охлаждение ведётся на воздухе, происходит нормализация.
Неполный отжиг заключается в нагреве до температур между нижней и верхней критической точками и последующем медленном охлаждении; чаще всего он применяется для получения структуры зернистого перлита, что приводит к снижению твёрдости и улучшению обрабатываемости резанием.

Для легированных сталей применяют изотермический отжиг, состоящий в нагреве выше верхней критической точки, выдержке, охлаждении до температуры ниже нижней критической точки, выдержке, достаточной для полного превращения аустенита в перлит, и охлаждении до комнатной температуры.

Диффузионный отжиг состоит в нагреве до температур, значительно превосходящих критические точки, и продолжительной выдержке; используется для выравнивания неоднородностей распределения элементов по объёму изделия. Диффузионный отжиг приводит к достижению более однородных свойств по объёму изделия и особенно улучшению механических свойств в поперечном (по отношению к прокатке) направлении. В необходимых случаях для предотвращения обезуглероживания стали производят отжиг в защитных атмосферах.

Гомогенизационный отжиг – термообработка литого материала, обеспечивающая получение равновесной структуры. При гомогенизационном отжиге идут следующие процессы:

Отжиг — термическая обработка, которая заключается в нагревании до определенной температуры, выдерживании при этой температуре и последующем медленном охлаждении. Отжиг применяют для получения в металлах равновесной структуры, улучшения обрабатываемости, повышения пластичности, уменьшения остаточных напряжений.

Отжиг бывает первого и второго рода.

Отжиг первого рода — это отжиг, при котором не происходит структурных изменений, связанных с фазовыми превращениями. Такая термообработка устраняет частично (или полностью) всякого рода неоднородности и неравновесности, которые образовались в металле при предшествующих операциях (механической обработке, обработке давлением, литье, сварке).

Отжиг первого рода в свою очередь делится на гомогенизацию, рекристаллизационный отжиг и отжиг для снятия внутренних напряжений.

Гомогенизация — отжиг, направленный на уменьшение химической неоднородности металлов, получающейся в результате рекристаллизации. В отличие от чистых металлов, все сплавы после кристаллизации имеют неравновесную структуру, т. е. их химический состав является переменным как в пределах одного зерна, так и в пределах всего слитка.

Химическая неоднородность обусловлена различной температурой плавления компонентов сплава. Чем меньше эта разница, тем более заметна химическая неоднородность. Устранить ее полностью невозможно, можно только уменьшить. Для этого применяют высокотемпературный отжиг с продолжительными выдержками (от 2 до 48 часов). При высокой температуре подвижность атомов в кристаллической решетке большая, и через некоторое время вследствие процессов диффузии происходит постепенное выравнивание химического состава вещества. Однако выравнивание химического состава происходит в пределах одного зерна, т. е. устраняется в основном дендритная ликвация. Для того чтобы устранить зональную ликвацию (химическую неоднородность в объеме слитка), необходимо выдерживать слитки при данной температуре в течение нескольких лет, что практически невозможно.

В процессе гомогенизации происходит постепенное растворение неравновесных фаз, которые могут образовываться в результате кристаллизации с большой скоростью. При медленном охлаждении после отжига такие неравновесные фазы больше не выделяются. Поэтому после гомогенизации металл обладает повышенной пластичностью и легко поддается пластической деформации.

Рекристаллизационный отжиг. Холодная пластическая деформация вызывает изменение структуры металла и его свойств. Сдвиговая деформация вызывает увеличение плотности дефектов кристаллической решетки. Образование ячеистой структуры происходит с изменением формы зерен: они сплющиваются, вытягиваются в направлении главной деформации. Все эти процессы ведут к тому, что прочность металла постепенно увеличивается, а пластичность снижается. Дальнейшая деформация такого металла невозможна, так как происходит его разрушение. Для снятия эффекта упрочнения применяют рекристаллизационный отжиг, который заключается в нагревании металла до температур выше начала кристаллизации, его выдержке с последующим медленным охлаждением. Температура нагревания зависит от состава сплава. Для чистых металлов температура начала рекристаллизации /р = 0,4Гпл, где Гпл — температура плавления; для обычных сплавов /р = 0,6 Гпл; для сложных термопрочных сплавов /р = 0,8 Тпл. Продолжительность такого отжига зависит от размеров детали и в среднем составляет от 0,5 до 2 ч. В процессе ре-кристаллизационного отжига происходит образование зародышей новых зерен и последующий их рост. Постепенно старые деформированные зерна исчезают. Число дефектов в кристаллической решетке уменьшается, металл возвращается в исходное состояние, т. е. становится более пластичным.

Читайте также:  Заказать зарядное устройство для шуруповерта

Отжиг для снятия внутренних напряжений. В металле в результате различной обработки могут возникать внутренние напряжения. Это могут быть термические напряжения, возникшие в результате неравномерного нагревания, разной скорости охлаждения отдельных частей детали после горячей деформации, литья, сварки, шлифовки и резания, или структурные напряжения, появившиеся в результате структурных превращений, которые происходят внутри детали в разных местах с разной скоростью. Внутренние напряжения в металле могут быть значительными и, накладываясь на рабочие напряжения, могут превысить предел прочности, что приведет деталь к разрушению. Устранить внутренние напряжения можно с помощью отжига при температуре ниже температуры рекристаллизации: /отж = 0,2—0,3 ТПЛ. Продолжительность такого отжига составляет несколько часов.

Отжиг второго рода — термическая обработка, направленная на получение равновесной структуры в металлах и сплавах, испытывающих фазовые превращения; заключается в нагревании вещества до температуры выше точек Лс3 или Ас,, выдержке и последующем охлаждении. В результате добиваются почти равновесного структурного состояния. В доэвтектоидных сталях — это феррит и перлит, в эвтектоидных — перлит, в заэвтектоид-ных — перлит и вторичный цементит.

После отжига сплав имеет мелкозернистое строение, отличается низкой прочностью и твердостью при достаточном уровне пластичности.

В промышленности отжиг второго рода часто использует как подготовительную и окончательную обработку.

Отжиг второго рода позволяет кардинально изменить строение сплава, уменьшить размер зерна, снять наклеп, устранить внутренние напряжения, т. е. полностью изменить структуру и свойства детали.

Отжиг второго рода может быть полным, неполным и изотермическим.

Полный отжиг сопровождается полной перекристаллизацией. Основные цели такого отжига — устранение пороков структуры, возникших при предыдущей обработке (литье, горячей деформации или сварке), смягчение стали перед обработкой резанием и уменьшение напряжений, для придания стали определенных свойств.

Полный отжиг заключается в нагревании доэвтектоидной стали до температуры на 30—50 °С выше температуры Лс3 (чрезмерное превышение температуры приводит к росту зерна аустенита, что вызывает ухудшение свойств стали), выдержке для полного прогревания и завершения фазовых превращений в объеме металла и последующем медленном охлаждении.

При полном отжиге происходит полная фазовая перекристаллизация стали. При нагревании выше точки Ас3 образуется аустенит, характеризующийся мелким зерном, который при охлаждении дает мелкозернистую структуру, обеспечивающую высокую вязкость, пластичность.

Доэвтектоидная сталь после полного отжига состоит из избыточного феррита и перлита.

Неполный отжиг доэвтектоидной стали — нагревание до температуры выше Ас„ но ниже Ас3. При такой температуре происходит частичная перекристаллизация стали, т. е. лишь переход перлита в аустенит. Избыточный феррит частично превращается в аустенит, и значительная часть его не подвергается перерекри-сталлизации. Поэтому неполный отжиг не устраняет пороки стали, связанные с нежелательными размерами и формой избыточного феррита. Для доэвтектоидной стали неполный отжиг применяется в том случае, если отсутствует перегрев и ферритная полосчатость и требуется только снижение твердости и смягчение перед обработкой резанием.

Изотермический отжиг — термическая обработка, при которой после нагревания до температуры выше Ас3 на 50—70 °С сталь ускоренно охлаждают до температуры изотермической выдержки, которая находится ниже точки Ас, на 100—150 °С; затем выполняют ускоренное охлаждение на воздухе. Чем ближе температура изотермической выдержки к точке Ас,, тем больше межпластинчатое расстояние в перлите и, следовательно, мягче сталь, но больше продолжительность превращения. А так как основная цель изотермического отжига — смягчение стали, то выбирают такую температуру, при которой получается требуемое смягчение за небольшой промежуток времени.

Преимущества изотермического отжига:

  • • сокращается время обработки по сравнению с обычным отжигом;
  • • получается более однородная структура;
  • • улучшается обрабатываемость резанием и повышается чистота поверхности детали.

Изотермическому отжигу подвергаются штамповки, заготовки инструментов и других изделий небольших размеров.

Отжигом, называют процесс термической обработки, заключающийся в нагреве стали до определенной температуры (рис. 46) и последующем, как правило, медленном охлаждении для получения более равновесной структуры.

Отжиг является предварительной операцией термической обработки, подготавливающей структуру стали к последующим технологическим операциям, например, к обработке заготовок на металлорежущих станках и окончательной термической обработке (закалке с отпуском) деталей. Но отжиг используют и как окончательную термическую обработку в том случае, если получаемые в результате этой операции свойства удовлетворяют требованиям, предъявляемым к данной детали.

Читайте также:  Электронный регулятор напряжения генератора

Полный отжиг характеризуется нагревом стали на 20—30° С выше температуры интервала превращений, выдержкой при этой

температуре и медленным охлаждением до температуры ниже интервала превращений. При таком отжиге происходит полная фазовая перекристаллизация. Данному виду отжига подвергают доэвтектоидную сталь с неравномерным или крупным зерном, а также с полосчатой структурой для создания мелкой зернистости, понижения твердости и повышения пластичности, снятия внутренних напряжений, улучшения обрабатываемости.

т. е. на 20—30° С выше линии 05 диаграммы железо—цементит (см. рис. 46). При нагреве до такой температуры крупная исходная феррито-перлитная структура превращается в мелкую структуру аустенита (рис. 47). При последующем медленном охлаждении для углеродистой стали со скоростью 120—150° С/ч до 450—550° С и далее на воздухе из мелкозернистого аустенита образуется мелкая феррито-перлитная структура (рис. 47 и 48). При отжиге легированной стали скорость охлаждения должна быть порядка 30—70° С/ч; это связано с тем, что легирующие элементы повышают устойчивость аустенита. Для сокращения продолжительности отжига легированные стали целесообразно подвергать изотермическому отжигу.

, в результате образуется структура цементит и перлит, но цементит будет расположен в виде сетки по границам зерен перлита (рис. 49). Сталь с такой структурой имеет низкую вязкость, неравномерное распределение твердости по сечению, плохо обрабатывается на станках.

рис. 46), выдержкой и медленным охлаждением.

При таком отжиге происходит перекристаллизация только перлита, а избыточная фаза (в доэвтектоидных сталях—феррит) остается без изменения.

Если после горячей обработки давлением доэвтектоидная сталь имеет структуру, состоящую из мелких зерен феррита и перлита, то полной перекристаллизации не требуется. В стали с такой структурой с помощью неполного отжига снимают напряжения и понижают твердость. В связи с более низкой температурой нагрева и меньшей продолжительностью применять неполный отжиг экономически более выгодно.

(650—680° С) — высоким отпуском (иногда такой

процесс называют низким отжигом). Чем выше температура нагрева, тем больше снижается твердость стали. Но такого снижения твердости стали, какое получается после полного отжига, высокий отпуск не дает, и поэтому его целесообразно применять, когда не требуется фазовая перекристаллизация. Для высоколегированных конструкционных сталей, у которых отсутствует перлитное превращение (см. рис. 28, в), высокий отпуск является единственной термической обработкой, позволяющей снизить их твердость.

изотермической выдержке при этой температуре для завершения перлитного

), при которой обеспечивается необходимая твердость за сравнительно небольшой промежуток времени. Изотермический отжиг проводится с использованием ускоренного охлаждения вместе с печью до заданной температуры или в двух печах; в одной печи детали

Изотермический отжиг поковок из легированной стали проводят также непосредственно с температуры ковочного нагрева. Поковки сразу после ковки загружают в печь с температурой 600—700° С, выдерживают в ней и охлаждают на воздухе. При таком изотермическом отжиге перекристаллизации с измельчением зерна не происходит, но снимаются напряжения, снижается твердость, обеспечивается хорошая обрабатываемость.

Изотермический отжиг имеет преимущества перед отжигом с непрерывным охлаждением: сокращается время отжига (особенно при отжиге деталей из легированных сталей) и получается более однородная структура (превращения во всем объеме детали происходят при одинаковой температуре).

выдержке и последующем охлаждении для сфероидизации цементита и получения зернистого перлита. Этому виду отжига подвергают детали из заэвтектопдной п эвтектондной сталей. Детали из стали со структурой зернистого перлита обладают по сравнению с деталями из стали со структурой пластинчатого перлита большей пластичностью, равномерным распределением твердости по сечению и лучшей обрабатываемостью па станках.

а далее на воздухе (рис. 50, б). При непрерывном охлаждении или при изотермической выдержке образуется зернистый перлит (рис. 51), т. е. процесс сферондизацин цементита и его коагуляция (укрупнение) до дисперсности, обеспечивающей заданную твердость стали.

Образование зернистого цементита при таком режиме отжига объясняется тем, что при нагреве немного выше температуры

перлит превращается в аустенит, а избыточный цементит сохраняется, т. е. получается неоднородная структура. Согласно исследованиям проф. А. П. Гуляева, продуктом превращения при такой структуре всегда является зернистый перлит, так как малое зерно аустенита, его неоднородная концентрация и большое количество нерастворенных карбидов способствуют образованию зернистого цементита. При повышении температуры избыточные карбиды (центры кристаллизации) растворяются, а при наличии однородного аустенита из него всегда образуется пластинчатый перлит.

Читайте также:  Усилитель звука для сабвуфера своими руками

Для ускорения образования зернистого перлита нагрев (до 740—760° С) и охлаждение (до 680—700° С) повторяют несколько раз (рис. 50, в). Такой отжиг называется маятниковым или циклическим. Ускорение образования зернистого перлита при маятниковом отжиге достигается тем, что образовавшиеся зерна цементита при первом охлаждении являются дополнительными центрами кристаллизации при втором охлаждении и т. д. Но так многократно изменять температуру трудно.

, при котором цемеитптиая сетка растворяется, и ускоренному охлаждению (на воздухе), препятствующему выделению цементита в виде сетки,

Структуру отожженной заэвтектоидной стали с цементитом в виде зерен принято называть зернистым перлитом. Такое название является не совсем правильным, так как структура заэвтектоидной стали представляет собой структуру перлит и цементит. Структура заэвтектоидной стали называется зернистым перлитом, потому что в такой структуре нельзя различить зерна цементита перлита и избыточного цементита. При наличии цементитной сетки и пластинчатого перлита избыточными карбидами является цементитная сетка; при наличии цементита в виде зерен можно предположительно указать, что какая-то часть зерен является зернами избыточного цементита, а остальные зерна и феррит — это перлит.

Диффузионный отжиг (гомогенизация) характеризуется нагревом стали до температуры значительно выше температуры интер-вапа превращений (на 180—300° С) с последующим медленным охлаждением (см. рис. 46). Такой отжиг применяют для выравнивания химической неоднородности (путем диффузии) зерен твердого раствора, т. е. уменьшения микролнквации в фасонных стальных отливках и в слитках главным образом легированной стали.

Слитки нагревают до 1100—1200° С, выдерживают при этой температуре 8—15 ч, затем медлешю охлаждают до 200—250° С. Процесс диффузионного отжига продолжается около 80—100 ч.

Рекристаллизационный отжиг используют для стальных де-тапей, деформированных в холодном состоянии. Холодная деформация (прокатка, волочение и т. п.) влияет па строение и механические свойства стали. В результате холодной деформации, например низкоуглеродистой стали, зерна стали (феррита) вытягиваются в направлении деформации. При сильной деформации зерна не только вытягиваются, но и дробятся.

В стали деформации подвергается пластичный феррит, а цементит, обладающий высокой твердостью, почти не деформируется и оказывает сопротивление деформации. В связи с этим чем больше углерода, тем труднее сталь поддается деформации. Сталь с зернистым цементитом легче деформируется, чем сталь, имеющая структуру пластинчатого перлита.

В результате холодной деформации повышаются твердость и прочность и понижается пластичность стали (рис. 52). Изменение механических свойств стали под влиянием холодной деформации

называется наклепом или нагартовкой. Деформацией в холодном состоянии изготовляют, например, проволоку (волочением), листы, ленты (прокаткой).

Возникающий в процессе деформации наклеп стали может достигнуть такой величины, что сталь становится хрупкой и дальнейшая деформация ее становится невозможной. Для возвращения стали пластичности и возможности дальнейшей ее деформации проводится рекристаллизационный отжиг. Нагрев холоднодефор-мированной стали до 400—450° С заметных изменений в микроструктуре не вызывает: механические свойства изменяются незначительно, и только снимается большая часть внутренних напряжений. При нагреве до более высокой температуры механические свойства стали резко изменяются: твердость и прочность понижаются, а пластичность повышается (рис. 53). При этом изменяется строение стали. Вытянутые в результате деформации зерна становятся равноосными.

Рекристаллизация начинается с появления зародышей на границах зерен. В дальнейшем зародыши растут за счет деформированных зерен, в связи с чем образуются новые зерна до момента полного исчезновения деформированной структуры (рис. 54). Под температурой рекристаллизации подразумевается температура, при которой в металлах, подвергнутых деформации в холодном состоянии, начинают образовываться новые зерна.

А. А. Бочвар установил зависимость между температурой рекристаллизации и температурой плавления металлов:

— соответственно температуры рекристаллизации и плавления, К.

Формула А А. Бочвара действительна для чистых металлов и больших степеней деформации.

Температура рекристаллизации: 450° С для железа, 270° С для меди, 100° С для алюминия, 900° С для молибдена, а минус 30° С для свинца.

В связи с тем, что при температуре рекристаллизации новые зерна образуются медленно, практически холоднодеформированные металлы и сплавы нагревают до более высокой температуры, например железо и низкоуглеродистую сталь до 600—700° С, медь до 450—500° С, алюминий до 250—350° С. Эти температуры и являются температурами рекристаллизационного отжига.

Ссылка на основную публикацию
Adblock detector