Что называется отжигом стали

Отжиг и нормализация стали

Отжиг — это нагрев стали до определенной температуры, выдержка при этой температуре и замедленное охлаждение с печью, а за тем на воздухе.

При медленном охлаждении в сталях происходит перлитное превращение в результате у доэвтектоидных сталей образуется структура Ф+П, эвтэктоидной — П, заэвтектоидных — П+Ц вторичный.

Назначение отжига: устранение ликваций, перекристаллизация (измельчение зерна), снятие внутренних напряжений, снижение твердости и повышение пластичности, улучшение обрабатываемости резанием.

1. Отжиг 1 рода предназначен для выравнивания физической или химической неоднородности. Целью этого отжига не является фазовая перекристаллизация, поэтому он может проводится как выше, так и ниже критических точек.

а) Гомогенизация (диффузионный отжиг) — это нагрев стали до температуры 1100-1200 о С, выдержка 15-20 часов, охлаждение с печью до 800-820 о С и з тем охлаждение на воздухе. Диффузионному отжигу подвергают слитки легированной стали с целью устранения ликваций, повышения пластичности и вязкости.

Для быстрорежущих, подшипниковых и других высокоуглеродистых легированных сталей с целью повышения пластичности проводят трехступенчатую гомогенизацию — первая выдержка 2 часа при 1120-1200 о С, вторая — 1160-1240 о С, третья — 1150-1200 о С. В результате получается крупнозернистая равновесная структура: у доэвтектоидных сталей — Ф+П, эвтэктоидной — П, заэвтектоидных — П+Ц_II.

б) Рекристаллизационный отжиг — это нагрев холоднодеформированной стали выше температуры начала рекристаллизации (680-740 о С), выдержка в течении 0,5-1,5 часов и замедленное охлаждение с печью до 600-650 о С, а затем на воздухе. Рекристаллизационный отжиг предназначен для снятия наклепа и повышения пластичности, т.к. происходит образование и рост новых равноосных зерен вместо деформированных.

в) Отжиг для снятия остаточных напряжений проводится при температуре 200-700 о С в течени 2-3 часов с последующим замедленным охлаждением. Он устраняет остаточные напряжения в отливках, сварных деталях, после резания, правки и др.

2. Отжиг 2 рода заключается в нагреве для получения мелкозернистой равновесной структуры. В большинстве случаев отжиг является подготовительной термической обработкой снижающей твердость и повышающий пластичность, отжигу подвергают: отливки, прокат. Для крупных отливок он является окончательной термообработкой.

а) Полный отжиг — это нагрев доэвтектоидной стали на 30-50 о С выше точки Ас₃, выдержка при этой температуре, охлаждение с печью до температуры 550-650 о С, а затем на воздухе. При нагреве образуется мелкозернистый аустенит, который затем превращается в перлит. В результате у доэвтектоидных сталей образуется мелкозернистая феррито-перлитная структура, у эвтэктоидной — перлитная, а у заэвтектоидной – (перлит + цеменит вторичный). Полному отжигу чаще всего подвергаются крупные садки сортового проката, листового, крупные отливки.

б) Изотермический отжиг — это нагрев стали как для полного отжига, быстрое охлаждение до температуры 660-680 о С (обычно переносом металла в менее нагретую печь), выдержка при этой температуре до полного распада аустенита и охлаждение на воздухе. Как и полный отжиг, изотермический, приводит к снижению твердости, повышению пластичности и улучшению обрабатываемости резанием. Изотермический отжиг применяется для мелких деталей и имеет меньшую продолжительность процесса, чем полный отжиг.

в) Неполный отжиг — это нагрев сталей на 10-30 о С выше точки Ас₁, выдержка при этой температуре и медленное охлаждение, для улучшения обрабатываемости резанием.

Чаще всего неполный отжиг применяется для заэвтэктоидных сталей и называется сфероидизацией, т.к. приводит к образованию зернистого перлита. Т.к. нагрев при неполном отжиге происходит немного выше Ас₁, то не весь цементит успевает раствориться в аустените. При последующем медленном охлаждении этот нерастворившейся цементит выполняет роль центров кристаллизации, в результате чего цементит приобретает зернистую форму. Если в стали присутствует цементитная сетка, то перед неполным отжигом необходимо провести нормализацию. Эвтектоидные стали нагревают до температуры 750-760 о С, заэвтектоидные углеродистые — 770-790 о С, заэвтектоидные легированные до 770-820 о С.

Нормализация — это вид отжига, который заключается в нагреве доэвтектоидной стали на 30-50 о С выше Ас₃, а заэвтектоидной стали — выше Асm, непродолжительной выдержке для завершения превращений и охлаждении на воздухе.

Нормализация вызывает полную фазовую перекристаллизацию стали и устраняет крупнозернистую структуру, полученную на предыдущих стадиях обработки металла. Нормализацию широко применяют для улучшения свойств стальных отливок вместо закалки и отпуска. Ускоренное охлаждение на воздухе приводит к распаду аустенита при более низких температурах и получению структуры сорбита и троостита. Это повышает твердость и прочность нормализированной средне- и высокоуглеродистой стали по сравнению с отожжённой. В результате нормализацииу доэвтектоидных сталей образуется мелкозернистая феррито-сорбитная или феррито-трооститная структура, у эвтектоидной — сорбит или троостит и заэвтектоидной – сорбит или троостит с разрозненными включениями вторичного цементита.

Назначение нормализации различно в зависимости от состава стали. Для низкоуглеродистых сталей нормализацию применяют вместо отжига. Повышая твердость, нормализация обеспечивает большую производительность при обработке резанием и получение более чистой поверхности. Для отливок из среднеуглеродистой стали нормализацию с высоким отпуском применяют вместо закалки и высокого отпуска. В этом случае механические свойства несколько ниже, но детали подвергаются меньшей деформации при нормализации, чем при закалке, что практически исключает вероятность появления трещин. Нормализацию с высоким отпуском (600-650 о С) часто используется для исправления структуры легированных сталей вместо полного отжига, т.к. производительность при этом выше.

Для заэвтектоидных сталях нормализацию применяют с целью устранения цементитной сетки по краям зерен. При нагреве выше точки Асm вторичный цементит полностью растворяется в аустените. При последующем охлаждении на воздухе (ускоренном) цементитная сетка не успевает сформироваться, образуется разрозненные включения вторичного цементита.

Закалка стали

Закалка — это нагрев доэвтектоидной стали на 30-50°С выше Ас₃, а заэвтектоидной выше Ас₁, выдержка при этой температуре и ускоренное охлаждение в жидкостях (в воде, в водных растворах солей или щелочей, масле) с целью максимального повышения твёрдости и прочности.

В результате закалки у доэтектоидных и эвтектоидных сталей образуется структура мартенсит, а у заэвтектоидных мартенсит + цементит вторичный. Так как углеродистые стали обладают низкой устойчивостью аустенита, то для получения мартенсита необходимы высокие скорости охлаждения, что обеспечивается водой или водными растворами солей и щелочей. Для легированных сталей применяют минеральные масла.

Вода в качестве охлаждающей среды имеет недостатки:

— высокая скорость охлаждения может привести к образованию закалочных трещин, а так же вода быстро нагревается и теряет охлаждающую способность. Наиболее высокой и равномерной способностью обладают водные растворы NaCl и NaOH. Масло обеспечивает невысокую скорость охлаждения, что предотвращает образование закалочных трещин. Однако, оно склонно к воспламенению при температуре 165-300°С и имеет повышенную стоимость.

Суть технологии отжига стали, виды и назначение

Суть отжига стали: физика процесса, виды и области применения. Различия отжига первого и второго рода. Описание рекристализационного, диффузионного, гомогенизационного отжига. Особенности отжига меди, латуни с сплавов. Применяемое оборудование.

Отжиг стали — это один из видов термообработки, применяемый в качестве подготовительной или заключительной операции при закалке, сварке, обработке резанием или давлением. Основное назначение отжига заключается в изменении структуры стали для снижения ее твердости и придания ей пластичности и ударной вязкости, а также устранения внутренних напряжений. Для этого стальные изделия нагревают выше критической температуры, а затем подвергают медленному охлаждению. После такой обработки изменяется структура металла, его зернистость и равномерность кристаллической решетки. Температура нагрева при отжиге выбирается в зависимости от целей конкретной операции, а также процентного содержания в стали углерода и легирующих добавок. Для определения временных параметров нагрева и остывания, которые во многом зависят от массы и формы изделия, используют расчетные методы и данные из технологических справочников.

Читать еще: Как собрать лазерный гравёр

Что такое отжиг металла

Отжиг металла применяется для получения равновесной и однородной структуры при подготовке изделия к последующей термической или механической обработке, а также для улучшения его физических характеристик после операций резания, сварки, штамповки, прокатки или закалки. Цель отжига — устранить внутренние неоднородности стали, улучшить ее зернистость и равномерность кристаллической решетки, а также снять остаточное напряжение, вызываемое деформацией изделия при различных видах обработки. Особенности этой технологии позволяют:

привести свойства стали к требованиям последующей термообработки;
улучшить характеристики материала заготовки перед обработкой резанием или давлением;
предотвратить деформацию и устранить внутренние напряжения сварных и литых изделий;
восстановить исходное качество стали после неудачной закалки.

Одной из характерных особенностей такой термообработки является то, что остывание нагретого металла происходит естественным образом, без применения охлаждающих сред. А температура нагрева при отжиге зависит от состава стали и требуемого результата.

Процессы в металле при отжиге

Отжиг первого рода

рекристаллизационный;
гомогенизационный (диффузионный);
для снижения напряжений;
высокий.

При применении этого вида термообработки все процессы реструктуризации стали протекают самопроизвольно, вне зависимости от изменений в фазовых составляющих, а нагрев лишь ускоряет их.

Гомогенизационный отжиг

Рекристаллизационный отжиг

При обработке стальных деталей давлением происходит деформационное упрочнение металла, которое называется нагартовкой или наклепом. Для снижения жесткости и повышения пластичности применяют рекристаллизационный отжиг, позволяющий восстановить деформации и искажения в кристаллической решетке стали. Для этого деталь нагревают до температуры, превышающей на 150÷200 ºC порог рекристаллизации (для углеродистой стали это составляет около 700 ºC), выдерживают под нагревом, а затем остужают. При операциях холодной штамповки этот вид термообработки может применяться как в качестве предварительного или межоперационного, для снижения жесткости заготовки, так и в качестве окончательного, для придания готовому изделию требуемой пластичности.

Отжиг, уменьшающий напряжение

Высокий отжиг

Этот вид термообработки используют главным образом для изделий из высоколегированных сталей с малым содержанием углерода. Для этого деталь нагревают до 650÷700 ºC, выдерживают при этой температуре около часа, а затем медленно охлаждают либо в остывающей печи, либо полностью засыпав просушенным песком в специальном ящике. Таким способом отжигают зубчатые колеса после механической обработки.

Отжиг второго рода

полный;
неполный;
изотермический;
нормализационный;
маятниковый;
патентирование.

Все они характеризуются нагревом выше критической точки, а различаются временем выдержки и охлаждения, а также применимостью к конкретным маркам стали.

Полный и неполный отжиг

Изотермический отжиг

Изотермический отжиг проводят путем нагрева изделия выше точки Ас3 с последующим его переносом в печь или ванну с расплавом солей, разогретую до температуры 620÷700 ºC. В этом месте оно выдерживается определенное время до полного распада аустенита, а затем остужается на воздухе. Длительность выдержки определяется габаритами детали и маркой стали: для низкоуглеродистой стали это могут быть минуты, а для легированной — часы. Данный вид термообработки предназначен для сталей с содержанием углерода менее 0.8 % и чаще всего используется для улучшения структурных свойств легированных сталей.

Нормализационный отжиг

Маятниковый отжиг

Патентирование

Патентирование является одним из узкоспециализированных видов изотермической термообработки, предназначенным для подготовки стальной проволоки к многократному обжатию в процессе холодного волочения. Для этого ее вначале нагревают до 900 ºC, а затем некоторое время выдерживают в расплаве солей или свинца при температуре 500÷600 ºC. После этого она охлаждается на воздухе и приобретает сорбитовую структуру с включениями троостита, обладающую высокой прочностью на разрыв и необходимой для обжатия пластичностью.

Особенности отжига различных металлов и сплавов

Отжиг меди производят с нагревом до красного свечения (600÷700 ºC). Скорость охлаждения не влияет на качество отожженного металла, поэтому изделия из меди можно охлаждать в воде. При отжиге латунь и большинство бронз также нагревают до 700 ºC, а медно-никелевые сплавы — до 850 ºC, но охлаждать их можно только на воздухе. Изделия из чистого титана отжигают с нагревом до температуры 600÷700 ºC, а из его сплавов — до 650÷750 ºC. Выдержка при нагреве составляет несколько десятков минут с последующим остужением на воздухе. Отжиг чугуна, также являющимся сплавом железа и углерода, происходит на основании тех же физических законов и технологий, что и у стали.

Используемое оборудование сегодня

Возможные дефекты при отжиге стали

Все основные дефекты при отжиге стали связаны с нарушением температурных режимов и воздействием на металл активных газовых сред. При слишком высокой температуре нагрева сначала происходит чрезмерное укрупнение зерен, а при значениях, близких к температуре плавления, начинается проникновение кислорода внутрь металла и окисление границ его структурных элементов. Первый дефект, называемый перегревом, можно исправить повторной термообработкой, а второй (он называется пережогом) приводит к необратимым изменениям. Самым активным газом, вызывающим изменение химического состава поверхности стали, является кислород. При воздействии открытого пламени на поверхности стали появляется упрочненный слой из смеси оксидов железа, именуемый окалиной. С нею связано не только уменьшение объема стали в заготовке, но и возможное возникновение проблем с механической обработкой после отжига. Удаление окалины вызывает повышение трудозатрат и дополнительный расход материалов на травление или дробеструйную обработку. Еще одним результатом воздействия кислорода является обезуглероживание, которое приводит к деградации поверхностного слоя стали и может образовать микротрещины и поверхностную деформацию.

В Интернете встречаются утверждения, что отдельные виды латуни можно отжигать с охлаждением в воде, но при этом марки такой латуни не указываются. Если вы что-нибудь знаете об этом, поделитесь, пожалуйста, информацией в комментариях.

Что называется отжигом стали

Отжиг и нормализация стали

Читать еще: Как правильно разместить светильники на натяжном потолке

Закалка стали

Вода в качестве охлаждающей среды имеет недостатки:

Отжиг сталей. Влияние на свойства и применение.

Термическая обработка металлов.

Термической обработкой называют технологический процесс, состоящий из совокупности операций нагрева, выдержки и охлаждения изделий из металлов и сплавов, целью которого является изменение их структуры и свойств в заданном направлении.

Теория термической обработки рассматривает и объясняет изменение строения и свойств металлов и сплавов при тепловом воздействии в сочетании с химическим, деформационным, магнитным и другими воздействиями.

Термическая обработка является одним из наиболее распространенных в современной технике способов получения заданных свойств металлов и сплавов. Термическая обработка применяется либо в качестве промежуточной операции для улучшения обрабатываемости давлением, резанием и др., либо как окончательная операция для придания металлу или сплаву такого комплекса механических , физических и химических свойств , который смог бы обеспечить заданные эксплуатационные характеристики изделия.

Так как основными факторами любого вида термической обработки являются температура и время, то любой процесс термической обработки можно описать графиком, показывающим изменение температуры во времени (рис.1). Постоянная скорость нагрева или охлаждения изображается на графике прямой линией с определенным углом наклона, при этом угол наклона характеризует скорость нагрева или охлаждения ( α, β). Общая длительность термической обработки металла складывается из времени τ₁ собственно нагрева до заданной температуры, времени выдержки при этой температуре τ₁ – τ₂ и времени охлаждения до комнатной температуры τ₂ — τ_3.

_{Рис.1. График термической обработки сплавов.}

В результате термической обработки в сплавах происходят структурные изменения. После термообработки металлы и сплавы могут находиться в равновесном (стабильном) и неравновесном (метастабильном) состоянии. При охлаждении деталей вместе с печью в них практически полностью проходят процессы вторичной кристаллизации и, связанные с ними, диффузионные превращения в металле или сплаве. В результате металл оказывается в состоянии, близком к равновесному. При охлаждении на воздухе в металле происходят превращения, близкие к равновесным. При быстром охлаждении (масло, вода и др.) в металле не успевают проходить диффузионные процессы и связанные сними превращения, поэтому он оказывается в неравновесном состоянии.

Читать еще: Как подключиться к камере видеонаблюдения

Все виды термической обработки подразделяются на три группы: собственно термическую, термомеханическую и химико-термическую. Собственно термическая обработка (ТО) предусматривает только термическое воздействие на металл или сплав; термомеханическая (ТМО) –сочетание термического воздействия и пластической деформации; химико-термическая (ХТО) – сочетание термического и химического воздействия.

Собственно термическая обработка включает отжиг I рода, отжиг II рода, закалку, отпуск и старение.

Отжигом называется термическая обработка, в процессе которой производится нагрев деталей из стали до требуемой температуры с последующей выдержкой и медленным охлаждением в печи для получения однородной, равновесной, менее твердой структуры, свободной от остаточных напряжений.

На практике используют два принципиально различных вида отжига: отжиг I рода и отжиг II рода.

Отжиг I рода в зависимости от исходного состояния стали и температуры нагрева может быть: гомогенизационным, рекристаллизационным и отжигом для снятия внутренних напряжений.

Особенностью всех разновидностей отжига I рода является то, что все они не связаны с фазовыми превращениями в твердом состоянии стали и протекают независимо от того, идут при этом фазовые превращения или нет.

Гомогенизационный (диффузионный) отжиг применяется для устранения химической неоднородности, возникающей при кристаллизации металла. Этому отжигу подвергают слитки и отливки из легированной стали для устранения дендритной или внутрикристаллитной ликвации, которая повышает склонность стали при обработке давлением к трещинообразованию, анизотропии свойств и возникновению таких дефектов, как шиферность (слоистый излом) и флокены (тонкие внутренние трещины, наблюдаемые в изломе в виде белых пятен).

Нагрев при диффузионном отжиге проводят до максимально высоких температур, так как при этом наиболее интенсивно проходят диффузионные процессы, необходимые для выравнивания состава стали по всему объему кристаллита. Обычно для легированных сталей температуру гомогенизационного отжига выбирают в интервале 1050-1250 ºC .

Диффузионные процессы наиболее интенсивно протекают в начале выдержки и их интенсивность снижается с течением времени выдержки, поэтому применение длительных выдержек нецелесообразно (обычно 15-20 часов). После выдержки детали охлаждают

вместе с печью до 800-820 ºC, а затем проводится охлаждение на воздухе. В результате диффузионного отжига получается крупное зерно, которое устраняется при последующей термической обработке.

Рекристаллизационный отжиг заключается в нагреве холоднодеформируемой стали

выше температуры начала кристаллизации, выдержке при этой температуре и последующем медленном охлаждении.

Рекристаллизационный отжиг применяют для устранения наклепа после холодной пластической деформации. Главным процессом при проведении этого отжига является рекристаллизация металла. Рекристаллизационный отжиг используют как промежуточный процесс между операциями холодного деформирования (для снятия наклепа) и как окончательную термическую обработку для придания изделию требуемых свойств.

Для углеродистых сталей (0,08-0,2 %С), подвергнутых прокатке, штамповке, волочению, применяют температуру отжига в интервале 680-700 ºC. Для высокоуглеродистой легированной хромистой и хромоникелевой стали применяют отжиг при температуре

680-740 ºC в течение 0,5-1,5 часов.

Отжиг для снятия внутренних напряжений проводят с целью уменьшения остаточных напряжений, образовавшихся в металле при ковке, литье, сварке, и способных вызвать коробление и разрушение детали. Главным процессом, проходящим при отжиге для снятия внутренних напряжений, является релаксация остаточных напряжений. Этот процесс

является следствием того, что при определенных температурах предел текучести стали становится ниже остаточных напряжений и происходит пластическая деформация, в результате которой остаточные напряжения уменьшаются до значений предела текучести.

На практике отжиг стальных изделий для снятия напряжений проводят в температурном интервале 160-700 ºC с последующим медленным охлаждением.

Отжиг II рода – термическая обработка, заключающая в нагреве стали до температур выше критических точек А_с1 или А_с3 , выдержке с последующим медленным охлаждением. Отжиг II рода основан на прохождении фазовых превращений в твердом состоянии. При фазовой перекристаллизации измельчается зерно и устраняется строчечность и другие неблагоприятные структуры стали. В большинстве случаев отжиг II рода является подготовительной термической обработкой – в процессе отжига снижается твердость и прочность, что облегчает обработку резанием сталей. Неполный отжиг инструменталь-

ных сталей предшествует окончательной термической обработке.

Существуют следующие разновидности отжига стали: полный, неполный и

изотермический. Полный отжиг применяется для доэвтектоидных сталей и состоит в нагреве стали на 30-50ºC выше точки А_с3, выдержки при этой температуре до полной перекристаллизации металла

и медленном охлаждении. При таком отжиге образуется мелкое аустенитное зерно, из которого при охлаждении формируется равномерная мелкозернистая ферритно-перлит-

ная структура. Поэтому полный отжиг обычно применяют с целью измельчения зерна, а следовательно повышения ударной вязкости и пластичности.

Неполный отжиг отличается от полного тем, что сталь нагревается до более низкой температуры (выше А_с1 но ниже А_с3). Этот вид отжига для доэвтектоидных сталей применяется ограниченно и в основном для улучшения их обрабатываемости резанием, так как в результате частичной перекристаллизации стали избыточный феррит лишь частично превращается в аустенит.

Неполный отжиг широко применяется для заэвтетоидных углеродистых и легированных сталей. При неполном отжиге проводится нагрев до температур немного выше ( на 10-30 ºC) точки точек А_с1 , что приводит к практически полной перекристаллизации стали и получению зернистой (сфероидальной) формы перлита вместо обычной пластинчатой. Поэтому такой отжиг называется сфероидизирующим. После отжига на зернистый перлит эвтектоидные и заэвтектоидные стали обладают наилучшей обрабатываемостью резанием.легированных сталей.

Изотермический отжиг применяют для улучшения обрабатываемости. Он состоит в нагреве на 30-50 ºC выше А_с3 (как и при полном отжиге) и сравнительно быстром охлаждении до температуры ниже А_с1 (обычно 660-680 ºC), изотермической выдержке при этой температуре для получения равновесной перлитной структуры и последующем охлаждении на воздухе (рис.3).

Рис. 10.3 Обозначение критических точек стали.

Изотермический отжиг обеспечивает получение более однородной ферритно-перлитной структуры стали. Изотермическому отжигу подвергают пружинную проволоку из стали, содержащей 0,65-0,9% С, перед холодным волочением, а также поковки (штамповки) и сортовой прокат небольших размеров из легированной стали.

Если при проведении отжига охлаждение после нагрева и выдержки проводится на воздухе, то такой процесс называется нормализационным отжигом или нормализацией.

При нормализации сталь нагревают до температур на 30-50 ºC выше точек точек А₃ и А _CM и охлаждают на воздухе. Ускоренное по сравнению с обычным отжигом охлаждение обусловливает несколько большее переохлаждение аустенита. Поэтому при нормализации получается более тонкое строение эвтектоида и более мелкое эвтектоидное зерно. В результате прочность стали после нормализации становится больше прочности после отжига.

Нормализацию широко применяют вместо смягчающего отжига для малоуглеродистых сталей (до 0,3 %С), но она не может применяться для смягчения высокоуглеродистых сталей, которые весьма ощутимо упрочняются при охлаждении на воздухе из-за значительного переохлаждения аустенита. В заэвтектоидных сталях нормализация позволяет устранить грубую сетку вторичного цементита за счет того, что растворившийся при нагреве выше А_Cm цементит при последующем ускоренном охлаждении стали не успевает вновь образовать грубую сетку. После нормализации проводят неполный отжиг с целью измельчения структуры.