Какова цель отжига железоуглеродистых сталей

Металлургия производит огромное количество марок стали. Для выполнения разных задач часто требуются специфические характеристики металла, которые обеспечить заводы не в состоянии. Тогда на обрабатывающих предприятиях производится доработка сырья до нужной кондиции. Отжиг стали — одна из наиболее частых операций по приданию нужных качеств.

История и технология отжига стали

Отжиг стали предполагает применение переменных температур: нагревание до высоких значений без потери формы и охлаждение в заданном температурном режиме приводит к структурным изменениям кристаллической решетки, сплав получает новые качества, нужные для решения конкретных задач.

Отжиг стали улучшает технологические характеристики металлов. Принято различать 2 разновидности отжига — 1 и 2-го рода.

При первом воздействие выполняется наклепом, который понижает внутренние напряжения рекристаллизацией. Этим устраняются последствия обработки давлением, снижение прочностных характеристик и увеличение пластичности. Изделия приобретают повышенную надежность и долговечность.

Второй род воздействия включает прогревание проката до уровня, превышающего критические точки, в особых режимах охлаждения по сроку и температуре.

Итогом становится качественное изменение структурных решеток и получение заданных характеристик материала. Проведение отжига сопряжено с риском пережога.

Возникновение необратимых негативных изменений структуры приводит к переплавке проката и изделий.

Точки Чернова

Расчет температурных режимов выполняют, используя открытые в 1868 г. русским ученым Д.К. Черновым критические точки, зависящие от значения температур и %-ого содержание углерода, в которых изменяются фазовые состояния и структурное строение металлов.

Открытие Чернова — фундамент создания науки о металлах: впервые установлена связь между режимом обработки, структурным видом и характеристиками сплавов. Применение критических точек дает возможность построения различных режимов термообработки металла.

Точки Чернова обозначают литерой А с добавлением индекса, указывающего соответствие точки воздействию:

• «c» — нагреву, от французского chauffage – нагревание;
• «r» — охлаждению, refroidissement – на французском языке.

Диаграмма, построенная на точках Чернова:

Сечение «I» на диаграмме соответствует доэвтектоидной стали. Пересечение линии диаграммы, по горизонтали температуры и вертикали, соответствующей %-му содержанию углерода в сплаве, определяет искомые критические значения.

В процессе нагревания сечение «I»проходит следующие критические точки:

• При температуре 210°С пересекает пунктир, проходящий по линии QP — точка Ас 0, которая отмечает потерю цементитом магнитных свойств.
• t=727°С на линии PG находится точка Ас 1 превращения перлита в аустенит.
• t=768°С на линию PG приходится точка Ас 2 потери магнитных свойств — магнитного железо переходит в немагнитное.
• Последующее повышение t° до пересечения с линией GS показывает переход стального сплава в однофазное аустенитное состояние (перекристаллизация заканчивается. Температура этой точки зависит от состава конкретного металла.

• Охлаждение не меняет номеров точек, не вызывает обратной перестройки материала.
• Линия «II» выстроена для эвтектоидных сталей.
• В промышленности для термообработки проката и изделий используют в печи конструкций:

• камерные — для заготовок небольшого объема;
• шахтные — работают на газе и электроэнергии, выполняют различные технологические задания;
• печи с выдвигающимся полом — обработка крупногабаритного проката и узлов;
• вакуумные — для быстротекущих сплавов, тугоплавкого металла, титана, меди.

Что даёт отжиг металлов

Отжиг выполняется для придания стали нужных качеств:

• снятия внутренних напряжений, полученных первичной обработкой металла — проявляется структурный дисбаланс, который можно снять определенным способом термообработки, получив необходимые характеристики сплава для решения конкретных задач;
• увеличения прочностных и механических характеристик — изделия после отжига долговечнее и прочнее;
• изменения внутренней структуры — под действием высокой температуры изменяется молекулярная структура металла, становится однородной (гомогенной), что упрощает проведение последующих обработок;
• улучшения пластичности, уровня сопротивления, вязкости при ударах — улучшение качественных характеристик после отжига снижает затраты на конечную доводку металлоизделий до требуемых параметров.

Способ и режим термообработки назначается по составу сплава.

Виды отжига

Рассмотрим, что означает термин «отжиг металлов». Термическая обработка металла, состоящая из нагрева выше температуры критических точек Чернова и охлаждение на профессиональном языке называется отжигом. Процедура применяется к различным металлам и их сплавам.

На промпредприятиях применяют режимы термообработки:

• полный, неполный;
• рекристаллизационный;
• диффузионный;
• изотермический;
• сфероизодизационный;
• нормализационный.

Полный отжиг стали

Полный обжиг проводится на изделиях из доэвтектоидных сплавов или сталей, содержащих карбон в количестве ≤ 0,8%. Цель проведения операции — измельчение зерна и улучшение качества обработки с применением режущего инструмента, снятие внутренних напряжений материала. Нагрев происходит на 30..

50°С выше точки Ас3, затем деталь постепенно остужают, не вынимая из печи. Охлаждаясь, аустенит выделяет мелкозернистые, гомогенные (однородной структуры) ферриты и перлиты (франц. — жемчуг). Температура нагревания выбирается по типу стали и диаграмме состояний, данные зафиксированы в справочных материалах.

Продолжительность охлаждения назначают по составу и структуре металла:

• углеродистые сплавы — 180…200°С/час;
• низколегированные — 90°С/час;
• высоко легированные — 50°С/час.

После проведения процедуры полного отжига неоднородная структура углеродистых или доэвтектоидных сплавов становится однородной, что дает податливость дальнейшей обработке.

Неполный

В отличие от полного, кардинально меняющего структурный состав металла, неполный отжиг изменяет только перлитовую, не затрагивая ферритовую структуру. Перлит , входящий в состав структур сталей, чугуна, других железоуглеродистых материалов, представляет собой цементит и феррит в эвтектоидной смеси. Основная задача неполного отжига — сделать сплавы максимально мягкими и податливыми.

Нагревание производится до t°, превосходящих на 30…50°С точку А1 (параметр перехода перлита в аустенит — начала перекристаллизации), но не достигающих Ас 3 — около 770°С. Затем производится охлаждение до 600°С в установке, со скоростью 60 град/ час, затем процесс продолжается на открытом пространстве.

Рекристаллизационный

Рекристаллизация — снятие структурных изменений, полученных в ходе механических деформаций, вызывающих наклеп. Наклепанный металл имеет меньшую пластичность, отличается жесткостью и неподатливостью.

Нагревание до 650…680°С приводит к равномерному распределению зерен феррита и перлита, вытянутых в направлении деформации, возвращает металлу пластичность.

Диффузионный процесс

Цель диффузионного способа — придание на уровне атомного строения однородности структуре сплава. Диффузионный отжиг иначе называется дендритной ликвацией. Придание гомогенности данным методом уничтожает дендритную ликвацию равномерным распределением атомов примесей по химической структуре слитка.

Процесс отличается использованием t≥1000°С, увеличением выдержки в нагретом состоянии свыше 12 часов, медленным остужением, поэтому он имеет высокую стоимость.

Метод изотермии

Изотермический отжиг используют на сплавах с большим содержанием легирующих и хромистых добавок. Особенностью процесса является нагрев металла на 30…50°С выше точки АС3, быстром остужение и выдерживание при t° ниже критической точки А 1, с дальнейшим естественным охлаждением в воздушной среде.

Преимущество метода изотермии — получение более гомогенного структурного строения деталей, уменьшение срока обработки, так как процесс охлаждения в печи занимает больше времени, чем в естественной среде.

Сфероидизация

При нагревании заэвтектоидных и легированных сплавов до превышения параметра АС 1 на 30…50°С происходит перекристаллизация строения, способствующая образованию перлита в форме правильных сфер. Для ускорения сфероидизации возможно проведение маятникового отжига.

Нормализационный способ

Нормализация производится как промежуточный процесс перед закаливанием и другими видами воздействий для устранения наклепа и удаления внутренних напряжений. Доэвтектоидная сталь нагревается выше точки АС3 на 30…50°С, и постепенно охлаждается в естественной среде. Отличие метода в переохлаждении, из-за которого получают гомогенное мелкозернистое тонкое строение решетки металла.

Преимущество нормализационного способа заключено в снижении срока обработки при высокой производительности. В результате углеродистые сплавы рекомендуют не отжигать, а нормализовать.

Особенности отжига различных сплавов

При назначении способа и режима термообработки важен процент содержания в нем углерода и других примесей.

Для точности соблюдения режима рекомендуют использовать две печи: в 1-ой изделие проходит нагрев при t=max , во 2-ой — проходит выдержку, обеспечивающую завершение структурных преобразований металла.

Обработка нержавеющей стали в первой печи происходит с t=1000°С, затем выдержка несколько часов во 2-ой при t=900, завершает охлаждение до t=300° на скорости 50…100 град/ час, окончательное охлаждение производят на открытом пространстве.

Отжиг в домашних условиях

В быту для снижения прочности и упрощения последующей обработки металла возможно выполнить процедуру отжига упрощенным сспособом неполного отжига.

Использование газовой горелки для нагревания не дает возможности проконтролировать температурный режим, поэтому температуру определяют «на глазок», в затененном месте.

Изделие последовательно приобретает цвет разжаривания в зависимости от температуры (в градусах):

• темно-коричневый — t=530…580;
• коричнево-красный — t=580…650;
• темно-красный — t=650…730;
• темно-вишневый -t= 730…770;
• вишнево-красный — t=770…800;
• светло-вишневый — t=800…830;
• светло-красный — t=830…900;
• оранжевый — t=900…1050;
• темно-желтый -t= 1050…1150;
• светло-желтый — t=1150…1250;
• светло-белый — t=1250…1350.

Изделия следует нагревать на нагретых металлических подставках. Для охлаждения используют различные среды — воду комнатной температуры или нагретую до 50°С, водные растворы, масла, воздух. Ускоряет охлаждение добавка кухонной соли, едкого натра, селитры. Замедляет процесс добавка жидкого мыла, масляной эмульсии, жидкого калиевого или натриевого стекла, известкового молочка.

Охлаждение с высокой скоростью дает твердый закал, приводящий к высоким внутренним напряжениям, возможны трещины, а медленное охлаждение не даст твердости закала. Для получения деталей одинаковой степени закалки следует использовать ванну большой емкости или заменять среду закаливания после каждой операции.

Следует помнить, что режимы высоких температур потенциально пожароопасны, их проводят с соблюдением правил пожарной безопасности в подготовленных помещениях с огнезащитой поверхностей и качественной приточно-вытяжной вентиляцией. При проведении отжига обязательно использовать средства защиты — спецодежду и обувь, рукавицы, головной убор с защитным козырьком.

Что такое отжиг? [7 видов процесса отжига] — Блог Станкофф.RU

Отжигом называется процесс нагрева металла или сплава до соответствующей температуры в течение определенного периода времени, а затем медленного охлаждения (как правило, с охлаждением печи) называется отжигом.

Суть отжига заключается в превращении перлита после нагрева стали в аустенит. После отжига структура стали близка к равновесной.

Но в чем цель отжига и какие типы отжига бывают? Давайте рассмотрим эти вопросы более подробно.

1. Уменьшить твердость стали, улучшить пластичность, облегчить механическую обработку и обработку холодной деформацией;
2. Химический состав и организация однородной стали, рафинирование зерна, для улучшения характеристик стали или для подготовки к закалке;
3. Устранение внутреннего напряжения и технологическая закалка для предотвращения деформации и растрескивания.

Отжиг и нормализация в основном используются для подготовительной термической обработки.

Для деталей с низким напряжением и низкой производительностью в качестве окончательной термической обработки также можно использовать отжиг и нормализацию.

В зависимости от температуры нагрева, обычно используемый метод отжига подразделяется на:

Отжиг с рекристаллизацией фазовых изменений выше критической температуры (Ac1 или Ac3):

• Полный отжиг;
• Диффузионный отжиг;
• Неполный отжиг;
• Сферификационный отжиг.

Отжиг ниже критической температуры (Ac1 или Ac3):

• Рекристаллизационный отжиг;
• Отжиг под напряжением.

• Процесс:
• Нагрев стали выше Ac3 20 ~ 30 ℃, сохранение тепла в течение некоторого времени после медленного охлаждения (вместе с печью), чтобы приблизиться к балансу процесса термообработки (полной аустенизации).
• Общий отжиг в основном используется для доэвтектоидной стали (wc=0,3~0,6%), как правило, среднеуглеродистой стали и низко-, среднеуглеродистой легированной стали для литья, ковки и горячекатаных профилей, а также иногда используется в их сварных швах.
• Низкоуглеродистая сталь имеет низкую твердость и плохо поддается механической обработке.
• Когда гиперэвтектоидная сталь нагревается до аустенитного состояния выше Accm и медленно охлаждается отжигом, Fe3CII осаждается в сетке вдоль границы зерна, прочность, твердость, пластичность и вязкость стали значительно снижаются, что оставляет скрытую опасность для окончательной термической обработки.
• Цель:
• Получение мелкого зерна, однородной структуры, устранение внутреннего напряжения, снижение твердости и улучшение показателей обработки стали.
• Структура после полного отжига гиперэвтектоидной стали — F+P.
• Для того чтобы повысить производительность в реальном производстве, детали вынимаются из печи для воздушного охлаждения при отжиге до температуры около 500 ℃.

Полный отжиг занимает много времени, особенно если аустенитная сталь более стабильна.

Если аустенитную сталь охладить до температуры немного ниже, чем температура Ar1, то это A — P, а затем охладить до комнатной температуры, что может значительно сократить время отжига. Такой метод отжига называется изотермическим отжигом.

Процесс:

Нагрейте сталь до температуры, превышающей Ac3 (или Ac1). После соответствующего времени сохранения тепла ее можно охладить до определенной температуры в области перлита, после чего аустенитное тело изменится на перлит, а затем процесс термообработки охлаждается до комнатной температуры.

1. Цель:
2. То же самое, что и полный отжиг, изменение легче контролировать.
3. Подходит для стали с более стабильным A: высокоуглеродистая сталь (wc> 0,6%), легированная инструментальная сталь, высоколегированная сталь (> 10% легирующих элементов).
4. Изотермический отжиг также полезен для достижения равномерной организации и производительности.
5. Однако он не подходит для стальных деталей большого сечения и крупносерийных печей, поскольку при изотермическом отжиге нелегко достичь изотермической температуры внутренней или серийной заготовки.

Процесс:

Нагрев стали до температуры Ac1~Ac3 или Ac1~Accm. Процесс термообработки достигается путем медленного охлаждения после термоизоляции.

В основном данный метод используется для получения сферических перлитных структур для гиперэвтектической стали с целью устранения внутреннего напряжения, снижения твердости и улучшения обрабатываемости.

Сферификационный отжиг является разновидностью неполного отжига.

Процесс термической обработки для сферификации карбида в стали с получением гранулированного перлита.

Процесс:

Нагрев до температуры, которая на 20 ~ 30 ℃ выше, чем Ac1, время выдержки не должно быть слишком долгим, обычно 2 ~ 4 часа. Обычно методом печного охлаждения, или изотермически  около 20 ℃ ниже Ar1 в течение длительного времени.

В основном используется для эвтектоидной стали и гиперэвтектоидной стали, такой как углеродистая инструментальная сталь, легированная инструментальная сталь, подшипниковая сталь и т.д.

После прокатки и ковки гиперэвтектоидной стали, охлажденная воздухом структура представляет собой пластинчатый перлит и ретикулярный цементит. Такая структура твердая и хрупкая, ее не только трудно резать, но и легко деформировать и растрескивать в процессе последующей закалки.

При сферификационном отжиге получают глобулярный перлит. В глобулярном перлите науглероженное тело выглядит как сферическая частица, а дисперсия распределяется по ферритовой матрице. Сферический перлит имеет не только низкую твердость, но и удобен для механической обработки.

• Кроме того, зерно аустенита нелегко сделать крупным при нагреве, а склонность к деформации и растрескиванию мала при охлаждении.
• Если в эвтектической стали имеется сетчатый цементит, необходимо устранить процесс нормализации перед сферификационом отжиге.
• Цель:
• Снизить твердость, получить однородную структуру, улучшить обрабатываемость для подготовки к закалке.
• Существует много методов сферификационного отжига, в основном они включают:
• A) Один процесс сферификационного отжига:

Нагрейте сталь до Ac1 более 20 ~ 30 ℃, сохранейте тепло в течение соответствующего времени, с медленным охлаждением печи. Требуется, чтобы исходная структура была мелкослоистым перлитом и не существовало сети науглероживания.

1. B) Изотермический сферификационный отжиг:
2. После теплоизоляции стали, вместе с печью охлаждается до температуры немного ниже Ar1 изотермический (обычно в Ar1 ниже 10 ~ 30 ℃).
3. После изотермического отжига с медленным охлаждением печи до около 500 ℃ затем вынуть сталь для воздушного охлаждения.
4. Он имеет преимущества короткого периода, равномерной сфероидизации и легкого контроля качества.
5. C) Процесс возвратно-поступательного сферического отжига.

• Процесс:
• Нагрейте слиток, отливку или ковочную заготовку до температуры, которая немного ниже линии твердой фазы, в течение длительного времени, затем медленно охладите, чтобы устранить неоднородность химического состава.
• Цель:
• Для устранения дендритной сегрегации и региональной сегрегации в процессе затвердевания, для гомогенизации состава.
• Температура диффузионного отжига очень высокая, обычно на 100 ~ 200 ℃ выше Ac3 или Accm, температура бетона зависит от степени сегрегации и марки стали.
• Время сохранения тепла обычно составляет 10~15 часов.
• После диффузионного отжига для доработки структуры необходим полный отжиг и нормализация.
• Он применяется для некоторых высококачественных легированных сталей и сегрегации серьезных отливок и слитков из легированной стали.

Процесс:

Нагрев стали до определенной температуры ниже Ac1 (обычно 500 ~ 650 ℃), изоляция, а затем охлаждение с помощью печи. Температура отжига под напряжением ниже, чем у A1, поэтому отжиг под напряжением не вызывает структурных изменений.

Цель:

Устранение остаточного внутреннего напряжения.

1. Рекристаллизационный отжиг также известен как промежуточный отжиг.
2. Он заключается в нагреве холодной деформированной стали до температуры рекристаллизации и поддержания соответствующего времени, чтобы зерна деформации могли быть изменены в однородные и равные осевые зерна для устранения закалки и остаточного напряжения.
3. Для возникновения рекристаллизации необходимо сначала провести определенную холодную пластическую деформацию, а затем нагреть сталь до температуры выше определенной.
4. Минимальная температура для рекристаллизации называется самой низкой температурой рекристаллизации.
5. Самая низкая температура рекристаллизации общих металлических материалов составляет:
6. T рекристаллизации = 0,4T расплава.
7. Температура нагрева рекристаллизационного отжига должна быть выше самой низкой температуры рекристаллизации на 100 ~ 200 ℃ (минимальная температура рекристаллизации стали составляет около 450 ℃).
8. Медленное охлаждение после надлежащего сохранения тепла.

Выбор метода отжига обычно осуществляется по следующим принципам:

1. Для различных сталей гипоэвтектоидной структуры обычно выбирают полный отжиг. Чтобы сократить время отжига, можно использовать изотермический отжиг.
2. Сферификационный отжиг обычно используется в гиперэвтектоидной стали. Когда запрос не высок, отжиг можно не проводить. Инструментальная сталь, подшипниковая сталь часто подвергается сферификационному отжигу; Прессованные и штампованные детали из низкоуглеродистой или среднеуглеродистой стали иногда подвергаются сферификационному отжигу;
3. Для устранения технологического упрочнения может использоваться рекристаллизационный отжиг;
4. Для устранения внутреннего напряжения, вызванного различными видами обработки, может быть использован отжиг под напряжением;
5. Для того чтобы улучшить неоднородность структуры и химического состава высококачественной легированной стали, часто используется диффузионный отжиг.

Какова цель отжига железоуглеродистых сталей — Мастерок

Отжиг представляет собой вид термообработки стали, при котором ее сначала нагревают до определенной температуры, некоторое время при этой температуре выдерживают, а затем медленно охлаждают.

Используя отжиг, можно изменить форму и размеры структурных зерен стали, устранить неоднородность ее химического состава и значительно снизить внутренние механические напряжения.

Процесс отжига для стальных изделий, метизов чаще всего применяют с целью устранения механических дефектов, возникающих в процессе литья, ковки или протяжки, а также с целью подготовки изделий к их последующей закалке или механической обработке на токарных или металлорежущих станках. И в зависимости от поставленной технологическим процессом задачи определяют соответствующий режим отжига, т. е. заданную температуру нагрева, время выдержки и скорость охлаждения.

На предприятиях применяют различные режимы отжига стали, каждому из которых соответствует оптимальный способ термической обработки. Основные сведения о них приведены ниже.

· Полный отжиг и неполный отжиг. Основное их предназначение – для уменьшения твердости деталей или изделий, снятия внутренних механических напряжений и улучшения внутренней структуры материала.

Охлаждение до температуры 500-600 градусов по Цельсию для углеродистых сталей выполняют со скоростью 50-100 градусов в час, а легированных сталей – со скоростью 20-60 град/час, окончательное охлаждение – на воздухе.

· Изотермический отжиг . Такой вид отжига в основном применяют для заготовок из легированных или высоколегированных сталей. Охлаждение выполняют в быстром режиме до определенного значения температуры, выдержке при этой температуре, затем окончательно – на воздухе. Цель термообработки – такая же, как и при полном отжиге стали.

· Диффузионный отжиг (гомогенизация). Применяется к стальным изделиям больших размеров, полученных способом литья. Охлаждение производится вместе с печью. Цель отжига – устранение грубой структуры стали, ликвация.

· Низкотемпературный отжиг (высокий отпуск). Он предназначен для высоколегированных конструкционных сталей и всех видов инструментальных сталей. Изделия охлаждают вместе с печью или на воздухе. Данный вид отжига способствует значительному снижению твердости стали, уменьшению внутренних напряжений и улучшению их обрабатываемости.

· Рекристаллизационный отжиг . Такому виду термообработки могут быть подвержены все виды стали, деформация которых происходила при низких температурах. Цель термической обработки в этом режиме – восстановление внутренней структуры металла.

Высокий отпуск является единственно возможным видом отжига для смягчения хромоникельвольфрамовых и хромоникельмолибденовых конструкционных сталей.

Читать также:  Вес цилиндра из стали

Цель – отжиг

Цель отжига заключается в том, чтобы стальные заготовки сделать мягче для обеспечения механической обработки, а также для того, чтобы уничтожить внутренние напряжения, полученные при прокатке или отковке. [1]

Цель отжига – улучшение структуры и обрабатываемости материалов, снятие внутренних напряжений и др. Микроструктура материалов в результате отжига становится равновесной. [2]

Цель отжига заключается в том, чтобы стальные заготовки сделать мягче для последующей механической обработки, а также для того, чтобы уничтожить внутренние напряжения, полученные при прокате или отковке.

Для полного отжига сталь кладут в чугунный ящик, наполненный смесью из дре-весно-угольного порошка, жженых костей, обугленной кожи, песка огнеупорной глины или других подобных веществ, после чего ящик с деталями нагревают в печи до необходимой температуры; продолжительность нагрева зависит от размеров загруженных деталей. После нагрева ящик вместе с заложенными в нем деталями ( для предупреждения закалки) должен медленно остыть. Особенно важно при отжиге устранить доступ воздуха к нагретой стали, чтобы предупредить ее окисление. Низкоуглеродиетая сталь должна быть отожжена при температуре около 900 С, высокоуглеродистая – приблизительно при 750 – 820 С. Эта температура должна поддерживаться достаточно долго, чтобы. [3]

Цель окончательного рекристаллизационного умягчающего отжига прутков калиброванной стали в большинстве случаев состоит в том, чтобы обеспечить им заданную твердость. Отжиг проводят в трубах или ведут открытый отжиг. При открытом отжиге в печах без защитной атмосферы прутки покрываются слоем окалины, вследствие чего в большинстве случаев требуется последующее травление металла. [4]

Какова цель отжига и как он производится. [5]

Согласно общепринятому мнению целью отжига является уменьшение существующих напряжений до достаточно низких значений, чтобы придать изделию способность противостоять термическим ударам и износу при его использовании. Все же следует упомянуть также и о ряде других явлений, обусловливаемых термической обработкой стекла. [6]

Целям обычного полного отжига, измельчающего зерно, противоположна цель отжига , увеличивающего зерно. Отжиг на крупное зерно с нагревом до 950 – 1100 С применяют к мягким низкоуглеродистым сталям для улучшения обрабатываемости резанием.

Такие стали дают вязкую, трудно отделяемую стружку, способны привариваться к режущему инструменту, что делает поверхность шероховатой.

Улучшению качества поверхности и большей ломкости стружки низкоуглеродистых сталей способствует структура с крупными колониями пластинчатого перлита, которую и получают при высокотемпературном отжиге, увеличивающем зерно. [7]

Читать также:  Заземление трехфазной сети в частном доме

Нагрев при отжиге может производиться ниже или выше температур фазовых превращений в зависимости от целей отжига . [8]

Выбор температуры нагрева при отжиге зависит от марки стали, формы и размеров изделия и от цели отжига .

Изделие нагревают с такой скоростью, чтобы оно равномерно прогревалось по всей толщине, так как при неравномерном или очень быстром нагреве в металле возникают напряжения, которые приводят к образованию трещин.

Выдержка при температуре отжига дается для полного завершения всех изменений в структуре стали. Выдержка зависит от состава сплава и равна примерно 20 – 40 % времени нагрева. Изделие после выдержки охлаждается медленно, вместе с печью.

Чем больше углерода в стали, тем медленнее ее следует охлаждать. Благодаря отжигу снижается твердость прокатных стальных листов и прутков и улучшается их способность обрабатываться. Листы кровельной стали после прокатки подвергают отжигу для повышения пластичности. [9]

Выбор температуры нагрева при отжиге зависит от марки стали, формы и размеров изделия и от цели отжига .

Изделие нагревают с такой скоростью, чтобы оно равномерно прогревалось по всей толщине, так как при неравномерном или очень быстром нагреве в металле возникают напряжения, которые приводят к образованию трещин.

[10]

Выбор температуры нагрева при отжиге зависит от марки стали, формы и размеров изделия и от цели отжига .

Изделие нагревают с такой скоростью, чтобы оно равномерно прогревалось по всей толщине, так как при неравномерном или очень быстром нагреве в металле возникают напряжения, которые приводят к образованию трещин.

Выдержка при температуре отжига дается для полного завершения всех изменений в структуре стали. Выдержка зависит от состава сплава и равна примерно 20 – 40 % времени нагрева. Изделие после выдержки охлаждается медленно, вместе с печью.

Чем больше углерода в стали, тем медленнее ее следует охлаждать. Благодаря отжигу снижается твердость прокатных стальных листов и прутков и улучшается их способность обрабатываться. Листы кровельной стали после прокатки подвергают отжигу для повышения пластичности. [11]

При нагреве только немного выше Асг эта сетка не уничтожится, и хотя между нею и произойдет перекристаллизация, но сетка цементита будет как бы фиксировать исходную структуру, и цель отжига не будет достигнута. Для достижения ее нужно предварительно растворить сетку путем нагрева выше точки Асст ( линия SE) и быстро охладить ( в масле или воде), чтобы сетка не успела вновь образоваться. [12]

Читать также:  Как определить сечение кабеля на глаз

Другой фактор – температура нагрева ( до состояния аустенита) тоже важен, но не так, как первый, поскольку недогрев до точек Лс3 или Arcm может несколько снизить результаты: отжиг будет несовершенным ( неполный отжиг), но все же он может быть осуществлен, тогда как без надлежащей медленности охлаждения цель отжига на перлит не будет достигнута. [13]

При непосредственном изотермическом отжиге – горячего Металла после прокатки, ковки. Однако в большинстве случаев цель отжига легированных сталей ( а особенно слитков) состоит в улучшении обрабатываемости резанием и в снижении дефектов, связанных с ускоренным охлаждением металла. [14]

Слесарное дело в вопросах и ответах

СТРАНИЦЫ

• Что такое отжиг?
• Отжигом называют термическую операцию, заключающуюся в нагревании материала до определенной температуры, выдерживании его при этой температуре и медленном охлаждении.
• Какова цель отжига углеродистых сталей?
• Целью отжига углеродистой стали является снятие внутренних напряжений, получение мелкозернистой структуры стали, уменьшение твердости, улучшение обрабатываемости, а также увеличение пластичности и вязкости стали.
• Перечислить виды отжига углеродистых сталей.
• Различают следующие виды отжига углеродистых сталей: для снятия наклепа, диффузионный, рекристаллизационный, изотермический, на зернистый перлит, нормализация (таблица ниже).
• Что такое диффузионный отжиг?

Диффузионный отжиг — нагревание стали до температуры 1000—1250° С (оптимальная температура 1150° С), выдерживание при этой температуре в течение определенного времени и последующее медленное охлаждение в течение 6—8 ч до температуры 800—890° С в печи, а затем — на воздухе. Целью этой операции является уменьшение неоднородности химического состава деталей, имеющих внутрикристаллическую ликвацию. Эта операция используется для крупного стального литья и крупных слитков из легированных сталей.

Бывший в пользовании инструмент (молоток, зубило, пробойник, напильник, плашка и т. д.) с целью его переделки или исправления подвергают нормализации.

Отжиг этого вида основан на нагревании стали до температуры выше критической точки Лс3 на 50—70° С для доэвтектоидной стали и выше точки Ас1 (температура 723° С) для стали с углеродом менее 0,3%, кратковременной выдержке при этой температуре и последующем постепенном охладжении на воздухе (рис. 51).

Страницы: 1 2

Автор admin | Категория | 11 23, 2008 | Комментариев нет

Отжиг стали — температура нагрева, свойства стали после термической обработки

Отжиг стали – процесс термообработки стали, при котором происходит температурный нагрев для получения определенных свойств изделия – снижение твердости, получение однородной структуры для проведения механической обработки, снятие внутреннего напряжения стали.

Отжиг – одна из основных операций термообработки, предназначенная для получения определенных свойств стали. Она может служить промежуточным этапом или выполнять функции окончательного технологического процесса.

Цели, достигаемые с помощью различных видов отжига: снизить твердость, получить однородную структуру, удобную для последующих операций мехобработки, снять внутренние напряжения.

В зависимости от температуры нагрева, времени и условий выдержки различают два основных типа отжига –I иII рода, которые, в свою очередь, подразделяются на подвиды.

Отжиг сталей первого рода – назначение, виды, температуры нагрева

В зависимости от температур нагрева и начального состояния сплава при различных видах отжига I рода протекают процессы гомогенизации, рекристаллизации, устранения остаточных напряжений, уменьшения твердости.

Все эти процессы проходят в случаях нагрева сплавов и выше, и ниже температур, при которых осуществляются фазовые трансформации.

Основные цели, достигаемые с помощью этого вида термической обработки, – ликвидация химической и физической неоднородности, возникающей после сварки, резки, обработки давлением, закалки.

Гомогенизационный (диффузионный) отжиг

Этот вид термообработки применяется для слитков из легированных марок. Он позволяет снизить дендритную или внутрикристаллитную неоднородность, повышающую склонность металла при обработке давлением к негативным явлениям, среди которых:

• хрупкий излом;
• неравномерность свойств в различных направлениях;
• слоистый излом;
• трещинообразование;
• снижение пластичности и вязкости.

Режим диффузионного процесса:

• нагрев до высоких температур (до +1200°C), при которых характеристики структуры сплава выравниваются по всем направлениям;
• выдержка – 15-20 часов;
• быстрое охлаждение заготовки до 800-820°C, а затем более медленное на воздухе.

В результате гомогенизационного термического процесса получают крупное зерно, которое измельчают дальнейшей обработкой давлением или термической обработкой.

Рекристаллизационный отжиг стали

Этот вид термообработки используется для стальных заготовок или полуфабрикатов после холодного деформирования или между такими операциями. Он заключается в нагреве до температур, превышающих температуры рекристаллизационных процессов, выдержке и охлаждении. Температура операции определяется содержанием углерода в сплаве:

• 0,08-0,2% C–+680…700°C. Такие стали подвергают штамповке, прокатке, волочению.
• Высокоуглеродистая легированная сталь – +680…740°C. Обычно это калиброванные прутки из хромсодержащих безникелевых и хромоникелевых марок. Выдержка – 0,5-1,5 ч.

Для снятия напряжений

Этот вид термообработки применяют для отливок, сварных изделий, заготовок после резки, в которых появляются остаточные напряжения в результате неоднородного охлаждения и пластических деформаций.

Остаточные напряжения провоцируют целый ряд негативных последствий, среди которых – изменение размерных параметров и деформационные процессы во время хранения, транспортировки и эксплуатации изделий.

Операция для снятия напряжений осуществляется в следующих температурных интервалах:

• Ходовые винты, зубчатые колеса, червяки: +570-600°C, выдержка 2-3 часа после основной механообработки, +160…+180°C, выдержка 2-2,5 часа после финишных мероприятий, проводимых для снятия напряжений после шлифовки.
• Обработка для снятия сварных напряжений: +650-700°C.

Остаточные напряжения снижаются и при рекристаллизационном отжиге, при котором осуществляются фазовые трансформации.

Отжиг II рода – процессы с фазовой перекристаллизацией

Отжиг II рода осуществляется только при температурах, лежащих выше порога начала фазовых трансформаций. Разновидности – полный, изотермический, неполный.

Полный

Полный отжиг заключается в нагреве выше критической температуры А3 (окончания перекристаллизации), выдержке до полного завершения фазовых трансформаций и медленном охлаждении.

При нагреве до температур, превышающих на 30-50°Cточку А3, сталь после полного отжига приобретает однофазную аустенитную структуру с измельченным зерном, обеспечивающую повышенную вязкость и пластичность.

При более высоких температурах аустенитное зерно увеличивается в размере, что снижает характеристики полуфабриката.

Температура нагрева и время выдержки в высокотемпературных условиях определяются типом заготовок, способом их укладки в печь, высотой садки. Для защиты стали от окисления и обезуглероживания отжиг проводится в защитных атмосферах.

Скорость охлаждения определяется химсоставом стали. Чем большую устойчивость переохлажденного перлита проявляет металл, тем медленнее его необходимо охлаждать.

Поэтому углеродистые стали охлаждают со скоростью 100-150 градусов в час, а легированные стали значительно медленнее – со скоростью 40-60 градусов в час. После распада аустенита в ферритной области охлаждение может быть более интенсивным. Его можно реализовать даже на воздухе.

Если цель этого вида т/о – снятие напряжений в деталях сложной конфигурации, то медленное охлаждение в печи осуществляют до достижения нормальных температур.

Полный отжиг обычно применяется для сортового проката, фасонных отливок, поковок из среднеуглеродистых сталей.

Изотермический отжиг

При этом виде термообработки нагрев осуществляется, как и для полного отжига. Отличие процесса – быстрое охлаждение до температур, расположенных ниже критической точки А1, обычно – это +660…680°C.

При температуре, до которой сталь была быстро охлаждена, осуществляется изотермическая выдержка – до 6 часов, во время которой происходит полный распад аустенитной структуры.

На следующем этапе полуфабрикаты охлаждаются на воздухе.

Плюс изотермического процесса по сравнению с полным – сокращение периода операции. Особенно это актуально для легированных марок.

Еще одно преимущество – получение максимально однородной структуры по всему сечению заготовки.

Заготовки, которые планируется обрабатывать резанием, отжигают при температурах 930-950°C, обеспечивающих небольшое укрупнение зерна и улучшение обработки режущим инструментом.

Чаще всего изотермическому отжигу подвергают: поковки и сортовой прокат небольших размеров, изготовленный из легированных марок. Для больших садок (от 20 т) изотермический отжиг не применяют, поскольку на отдельных участках садки превращения осуществляются при разных температурных условиях.

Для пружинной среднеуглеродистой стали с содержанием углерода 0,6-0,9% C применяют специализированную изотермическую обработку, называемую патентированием. Этот процесс служит для подготовки проволоки к многостадийному обжатию во время холодного волочения.

Первый этап – нагрев заготовок до температур, при которых осуществляется полная аустенизация структуры (примерно +900°C),второй – погружение в соли с температурами в интервале+450…+600°C.

Образовавшиеся после такой обработки структуры сорбита или тонкопластинчатого троостита обеспечивает:

• возможность значительных обжатий при протяжке;
• отсутствие обрывов при холодных деформациях;
• высокую прочность после финишного волочения.

Неполный отжиг

При неполном отжиге металлоизделия нагревают немного выше критической температуры А1.Этот вид термообработки улучшает обработку резанием полуфабрикатов из заэвтектоидных (с содержанием углерода более 0,8%)легированных и углеродистых сталей.

Этапы неполного отжига в заэвтектоидных сталях:

• Нагрев до температур выше точки А1на 10-30°C (обычно +750…770°C). Обеспечивает практически полную рекристаллизацию структуры. Во время этого процесса пластинчатый феррит приобретает сфероидальную форму. Поэтому такую операцию часто называют сфероидизацией.
• Охлаждение до 600°C со скоростью до 60°C/час. Чем больше легирующих добавок в стали, тем медленнее должно быть охлаждение.
• Остывание на воздухе от +600°C до нормальной температуры.

Нормализационный отжиг

Нормализация (нормализационный отжиг) считается промежуточным процессом между закалкой и отжигом, поскольку позволяет получать меньшую хрупкость металла, чем при закалке, и большую твердость, чем при других разновидностях отжига. Поэтому нормализация – процесс, широко распространенный для изготовления деталей машиностроения.

Нормализацию часто выполняют с прокатного нагрева. Температуры нагрева:

• доэвтектоидные стали – до температур, превышающих А3 на 40-50°C;
• заэвтектоидные стали – на 40-50°C выше точки Аm.

Далее осуществляют непродолжительную выдержку, во время которой завершаются фазовые превращения, охлаждение – на воздухе.

Нормализация сопровождается полной перекристаллизацией, измельчением структуры, образовавшейся после литья, ковки, прокатки, штамповки.

Для низкоуглеродистых сталей нормализация востребована вместо отжига с целью получения повышенной твердости, улучшения производительности при обработке резанием, качества поверхности.

Для некоторых легированных марок нормализация с охлаждением на воздухе заменяет процесс закалки. Нагрев для нормализации сортового горячекатаного проката часто осуществляется токами высокой частоты.

Отжиг на зернистый перлит

Для получения структуры зернистого перлита осуществляется маятниковый отжиг, после которого эвтектоидные и заэвтектоидные стали обеспечивают хорошую обрабатываемость резанием, повышается cкорость процесса резания и улучшается качество поверхности. Этот вид т/о подходит для тонких листов перед холодной штамповкой и прутков перед холодным волочением. Результат – улучшение пластических свойств.

Режим маятникового отжига состоит из нескольких циклов нагрева выше критической точки А3 с медленным охлаждением до +670…+700°C. Три таких цикла позволяют получить структуру со 100% зернистого перлита. Финальное охлаждение – на воздухе.