Что такое отжиг металла: Страница не найдена — HeatTreatment.ru — оборудование и технологии термообработки металлов

alexxlab | 08.05.1986 | 0 | Разное

Содержание

Отжиг сталей. Задачи, виды, параметры процесса

Номенклатура товарных позиций металлической продукции очень широкая. И для выпуска изделий, входящих в каждую из них, необходимо, чтобы материал обладал специфическими свойствами. Меткомбинаты предлагают сырье, соответствующее гостовским требованиям. Но оно обычно подвергается дополнительной обработке на предприятиях, специализирующихся на производстве стальных деталей, в том числе метизов. Отжиг является одной из основных технологических операций такого рода. При ее выполнении металл обретает технические характеристики, требуемые для успешного прохождения последующей обработки и обеспечивающие надежность эксплуатации изготовленных из него изделий.

Необходимость в термообработке металла

Цель проведения данной операции – улучшение технологических характеристик сырья. Ее ключевой фактор – это температура отжига сплава. Требуемое значение данного параметра нужно выдерживать на протяжении определенного временного интервала. В результате достигается:

  • снижение показателя твердости. Благодаря этому предоставляется возможность использования более широкого перечня режущего инструментария, что способствует сокращению времени производственного цикла и заметному уменьшению трудозатрат;

  • улучшение строения металла, то есть его микроструктуры. При воздействии на этот материал высокой температуры в течении определенного отрезка времени в нем происходят значительные преобразования на молекулярном уровне. Сформированная в ходе отжига структура сплава становится наиболее оптимальной для дальнейших операций физического и механического характера;

  • снятие (нивелирование) внутренних напряжений. В металле, прошедшем этап предварительной обработки, возникает явление дисбаланса кристаллического строения. Путем корректного подбора типа отжига этого материала достигаются его необходимые для определенного случая характеристики.

Иногда нужные технологические кондиции обеспечиваются проведением неполного отжига. При желании придать металлу какие-то особые качественные показатели практикуется применение режимов, отличающихся сложностью и большой длительностью.

Например, продолжительность полного отжига крупногабаритных и массивных изделий может превышать сутки. Большая часть данного временного интервала отводится разогреву до требуемой температуры и медленному остыванию. Все это регламентировано ГОСТом, в котором прописаны требования к соответствующей термообработке.

Кроме того, существуют периодические издания и специальная литература, детально описывающие процедуру отжига. Обратившись к этим источникам информации, можно узнать, что ряд подобных операций предусматривает точное соблюдение температурных показателей, когда критичными являются даже несколько градусов, а также временного режима.

Выполнить процедуру качественно можно в муфельной печи. При отсутствии такого оборудования проведение отдельных видов термообработки будет связано с трудностями. Для ориентировки придется принимать во внимание исключительно цветовую гамму раскаленного металла.


Выполнить отжиг стали в бытовых условиях можно на основе упрощенной схемы. Осуществить точный контроль температурных показателей объекта, разогретого с помощью газовой горелки, не удастся. Таким образом, регулировка режимов разогрева с последующим остыванием осуществляется только приблизительно. Когда сталь обрабатывается в бытовых условиях, проведение структурного анализа невозможно. Определение температуры процесса неполного отжига осуществляется исключительно визуально. Цели проведения этой операции в домашних условиях такие:

  • снижение прочностных характеристик изделия;

  • повышение уровня обрабатываемости стальной продукции.

Проведение последующей механической обработки становится возможным ввиду преобразования после отжига микроструктуры металла.

Разновидности отжига

Металлурги подразделяют этот технологический процесс на 2 вида. Рассмотрим их коротко.

Отжиг I-го рода

В этом случае фазовая рекристаллизация не происходит, однако сплав обретает нужные свойства. Отжиг первого рода предназначен для снижения прочности металла с одновременным повышением его пластичности и ударной вязкости. Структура материала преобразуется в более однородную и равновесную. Благодаря частичной рекристаллизации, снижающей уровень внутреннего напряжения, изделия становятся заметно долговечнее, а также надежнее.

Отжиг II-го рода

Отжигу стали второго рода характерны кардинальные преобразования структуры. Здесь происходит фазовая рекристаллизация. Обеспечивается данное явление:

  • разогревом сплава до температуры, превышающей критические точки;

  • точным соблюдением временных и температурных показателей процесса охлаждения.

Необходимо отметить один момент. Критические температуры представляют собой значимые факторы риска. Например, пережог вызывает необратимые структурные трансформации. Тогда металл относят к категории неисправимого брака, и его отправляют на переплавку.

Термическая обработка сталей, их отжиг, а также нормализация – сложный процесс. Он позволяет, используя исходное сырье, получить продукцию, удовлетворяющую требованиям предприятий, выпускающих конечные металлические изделия.

Отжиг полный, неполный

Основным критерием, используемым для подразделения отжига на виды, является температура разогрева обрабатываемого изделия. Так, если значение данного показателя превышает критические точки Ac1 и Ac3, термообработка данного типа бывает неполной и полной.

Полный отжиг

Проводится процедура полного отжига в основном после литья или любой разновидности горячей механической обработки стали углеродистой либо стали, содержащей легирующие добавки. При ее выполнении преследуются следующие цели:

  • устранение имеющихся внутренних напряжений;

  • снижение твердости металла. Благодаря этому улучшится его обработка посредством режущего инструмента;

  • создание мелкозернистой структуры.

Обеспечивается это разогревом сплава до температуры (обозначение Т), превышающей критическую точку Ac3 (768°С ≤Т≤911°С) не больше, чем на 30°С-50°С, выдержкой до всеобъемлющего завершения фазовых преобразований, после чего осуществляется его медленное охлаждение. Требование соблюдения вышеуказанного диапазона превышения температуры в точке Ac3 вполне обосновано. Если данная характеристика процесса термообработки покинет его пределы в большую сторону, структура аустенита изменится с мелкозернистой на крупнозернистую. Таким образом, поставленная цель не будет достигнута, и металл не обретет требуемые качественные показатели.

Еще один важный параметр полного отжига – скорость охлаждения. Она зависит от химического состава сплава. Металл, проявляющий меньшую степень устойчивости переохлажденного перлита, подлежит более быстрому охлаждению. Поэтому стали

  • содержащие легирующие добавки, охлаждают со скоростью 40°С/час…60°С/час;

  • углеродистые нужно охлаждать в 2,5 раза быстрее – 100°С/час…150°С/час.

После прохождения в ферритной области распада аустенита, можно организовать более интенсивное охлаждение. Его реализация допустима даже на открытом пространстве в атмосферном воздухе.

Иной подход актуален, когда требуется нивелировать внутренние напряжения в изделиях, характеризующихся сложной конфигурацией. В данном случае охлаждать нужно в печи, пока их температура не сравняется с этим показателем окружающей среды.

Неполный отжиг

Данный метод термообработки предусматривает разогрев стали до отметки, ненамного превышающей критическую температуру в точке Ac1 (примерно727°С). Неполный отжиг способствует улучшению обработки резанием заготовок, произведенных из заэвтектоидных (содержащих углерод в количестве более 0,8 процентов) сталей углеродистых и сталей с легирующими добавками.

Последовательность этапов этого техпроцесса выглядит так:

  • разогрев стали до температуры (обозначение Т), входящей в диапазон +750°С≤Т≤770°С. Это где-то на 20°С…40°С больше значения данного параметра в критической точке Ac1. Происходит, практически, всеобъемлющая рекристаллизация структуры. При этом пластинчатый перлит обретает сфероидальную конфигурацию. Ввиду этого, данная операция получила еще одно название – сфероидизация;

  • охлаждение. Проводится со скоростью не выше 60°C в час до достижения температуры Т=600°C. С увеличением количества легирующих добавок охлаждение должно протекать медленнее;

  • Остывание на открытом пространстве в условиях воздействия атмосферного воздуха.

Отжиг изотермический

При термообработке этого вида разогрев сплава проводится до той же отметки, что и при полном отжиге. После этого металл подвергается ускоренному охлаждению, пока его температура не опустится ниже точки Ac1 и не войдет в диапазон +660°С≤Т≤680°С. Достигнутое значение данного параметра поддерживается на протяжении порядка 6 часов – до полного распада аустенитной структуры. Далее заготовки охлаждаются благодаря контакту с воздухом окружающей среды.

Плюсом изотермического отжига по сравнении с полным является меньшая длительность выполнения процедуры. Это особенно ощутимо при обработке легированных сплавов. Существует у данного метода и другое преимущество: по всему объему изделия формируется максимально однородная структура. Отжиг заготовок, обрабатываться которые будут резанием, проводится при температуре в пределах +930°С≤Т≤950°С. Такое технологическое решение обеспечивает:

  • небольшое увеличение размеров зерен;

  • облегчение обработки изделий посредством режущего инструмента.

Процедура изотермического отжига чаще всего применяется в отношении сортового металлопроката, произведенного из сталей с легирующими добавками, а также поковок. Для крупных садок (более 20 тонн) этот метод не применяется. Причина – превращения на отдельных фрагментах садки протекают при отличающихся температурных показателях.

Существует также специализированная изотермическая обработка, которая называется патентирование. Она актуальна для среднеуглеродистого пружинного сплава с содержанием элемента углерод в пределах 0,6%…0,9%. Патентированием осуществляется подготовка проволоки к процедуре многостадийного обжатия при холодном волочении. Выполняется это термообработка за два этапа:

  • нагрев изделий примерно до 900°С. При такой температуре происходит всеобъемлющая аустенизация структуры;

  • погружение в соляной расплав с температурой в диапазоне +450°С≤Т≤600°С.

В результате образовываются структуры тонкопластинчатого троостита либо сорбита. Такое строение обеспечивает:

  • высокие прочностные показатели после заключительного волочения;

  • прохождение холодных деформаций без возникновения разрывов;

  • возможность существенных обжатий в ходе протяжки.

Отжиг диффузионный

Это отжиг имеет еще одно общепринятое название – гомогенизационный. С его использованием термически обрабатываются слитки стали с легирующими добавками. Отжиг диффузионный обеспечивает снижение уровня внутрикристаллитной неоднородности либо дендритной ликвации, из-за которых у металла образуются следующие негативные свойства:

  • склонность к излому, как к слоистому, так и хрупкому;

  • неравномерность характеристик по разным направлениям;

  • понижение пластичности;

  • снижение уровня вязкости;

  • трещинообразование.

Отжиг диффузионный выполняется так: изначально металл подвергается нагреву до высокой температуры (+1200°С). При этом его структурные параметры выравниваются по любому направлению. Затем сплав выдерживается в течение пятнадцати-двадцати часов. Охлаждение проводится в 2 этапа – сначала ускоренное до +800°С≤Т≤820°С, а потом – медленное на атмосферном воздухе.

Результатом гомогенизации является формирование отдельных крупных зерен. В дальнейшем они измельчаются термообработкой либо обработкой давлением.


Отжиг низкотемпературный

У термообработки данного вида имеются и другие названия – «отпуск высокий», а также «отжиг низкий». Этот метод отличается достаточно большой сложностью. Он предусматривает медленный разогрев сплава, так, чтобы его температура не превысила критическую точку; выдержку с поддержанием достигнутой температуры, пока металл полностью не прогреется; его медленное охлаждение в печи.

Предназначение

Тепловая обработка в виде низкотемпературного отжига предназначена для улучшения степени обрабатываемости легированных хромистых (содержат примеси элемента Сr) и хромоникелевых (помимо элемента Сr в состав входит элемент Nі) путем:

Еще одна цель проведения низкого отжига – получение зернистого перлита. Наличие в структуре этой доэвтектоидной смеси цементита с ферритом обеспечивает сталь улучшенными показателями удлинения и повышает порог прочности.

Характеристики процесса

Необходимость соблюдения технологической точности – это основная особенность низкого отжига. Если условия термообработки будут нарушены, не исключен факт появления повторных внутренних напряжений.

Начальный этап данного техпроцесса – медленный разогрев изделий до температуры, принимающей значения из диапазона +600°С≤Т≤680°С, то есть ниже точки Ac1. Для определения точных температурных показателей нужно использовать специальные формулы, учитывающие температуры, при которых происходит плавление и рекристаллизация металла.

Структурные изменения являются также характеристикой производной от:

  • химического состава материала;

  • исходной структуры;

  • времени выдержки.

Необходимо отметить, что с увеличением температуры разогрева на выдержку отводится меньший временной интервал. Его предельные значения такие: минимум 2, а максимум 8 часов. И еще один момент: обработка металла методом низкотемпературного отжига характеризуется отсутствием фазовой перекристаллизации. Происходит формирование сорбитной структуры, сопровождающееся повышением уровня ударной вязкости, но снижением твердости.

Отжиг рекристаллизационный

В ходе обработки стальных заготовок давлением осуществляется деформационное упрочнение сплава, которое принято называть наклепом либо нагартовкой. Для повышения уровня пластичности и одновременного снижения жесткости применяется метод, получивший название рекристаллизационный отжиг.

Этот способ термообработки предусматривает разогрев металла до отметки, превышающей температуру кристаллизации не меньше, чем на сто-двести градусов (у стали углеродистой это где-то в районе 700 ºC) и выдержку на протяжении определенного отрезка времени. Финишным этапом данной процедуры является охлаждение сплава.

Когда проводится холодная штамповка, рекристаллизационный отжиг может выступать, как:


Заключение

При выполнении процесса термообработки осуществляются сложные преобразования, носящие структурный характер. Их достоверный анализ проводится с помощью специальных приборов и устройств. Содержащиеся в Государственных стандартах рекомендации и требования разрабатывались на основе научных данных, и они обязательны к выполнению в условиях промышленного производства. Структура, формируемая при отжиге, собственно, как и иные характеристики строго регламентированы. В бытовых условиях они, практически, нереализуемы. Однако произвести изменение строения сплава, придать ему мягкость и податливость домашний мастер может. С точки зрения применимости в быту качество металла будет приемлемым. При этом исполнителю даже не придется задумываться, со сплавом какого типа он работает – аустенитного, заэвтектоидного или другого вида.


Товары каталога:



Please enable JavaScript to view the comments powered by Disqus. comments powered by

Отжиг стали – как сделать материал более практичным и прочным? + видео

В металлургии часто встречаются такие виды обработки, как нормализация и отжиг стали. Что же это такое? Зачем нужно? И каким способом осуществляется? На все эти вопросы ниже приведены подробные ответы.

1 Отжиг металла – это что, и каких видов бывает?

В работе с металлами тяжело добиться идеального состояния прямо с первой выплавки, нужно произвести с деталями еще ряд операций. В этой статье мы разберем, что такое отжиг стали, когда применяют такой метод обработки, какие дефекты возникают во время этой операции и как с ними бороться. По сути это является самым первым этапом термического преобразования сплава. Заключается он в том, чтобы произошел нагрев стали до определенной температуры, далее некоторое время это состояние выдерживается, а затем следует и постепенное охлаждение. В результате такого вида обработки изменяется структура сплава и, соответственно, его свойства.

Существует несколько видов подобной термообработки, а уж какой из них применять, зависит от материала и желаемых свойств. Таким образом, полный отжиг предполагает нагрев до температуры, превышающей критическую не более чем на 20–40 °С. Что же насчет времени выдержки, так оно должны быть таковым, чтобы деталь смогла полностью прогреться, а в материале произошли все структурные превращения. Скорость охлаждения будет различной, в зависимости от типа стали, так для углеродистой она составит 180–200 °С/час, для низколегированной – около 100 °С/час, а для деталей, сделанных из высоколегированных сплавов, падать температура будет приблизительно на 50 °С за один час.

В случае когда не нужны серьезные структурные изменения, применяют неполный отжиг, при этом температура нагрева будет только чуть больше критической. А для того чтобы в результате получился зернистый перлит в структуре высокоуглеродистой стали, необходим специальный вид термической обработки. В этом случае невероятно важным является точное соблюдение температурного режима и скорости охлаждения. Сплав нагревают до 760–780 градусов Цельсия, а затем, немного выдержав, охлаждают до 700 °С и повторяют эту процедуру несколько раз. При изотермическом отжиге нагрев превышает критическую точку не более чем на 50 градусов Цельсия. Добиться химической однородности можно гомогенизацией, осуществляемой при очень высоких температурах, длительной выдержке (10–15 часов) и медленном охлаждении. Для рекристаллизационного отжига необходим нагрев до 680 градусов Цельсия.

Также одним из видов термической обработки металлов является нормализация, ее суть аналогична выше описываемому процессу. Сплав нагревают до заданной температуры, которая превышает критическую на 30–50 °С, выдерживают, а затем постепенно охлаждают.

2 Печи для отжига металла – используемое оборудование сегодня

Так как данный вид обработки предусматривает очень сильный нагрев, то, соответственно, необходимо и специальное оборудование. Так, для термического преобразования проволоки, стержней, канатов, а также легированной, средне- и низкоуглеродистой сталей нашли свое применение печи для отжига металла шахтного типа. Суть процесса заключается в следующем: среда внутри разогревается до тех пор, пока не будет достигнута номинальная температура, после этого же нагрев прекращается и осуществляется загрузка материала специальными подъемниками. Затем крышка печи плотно закрывается, и осуществляется подогрев до заданной отметки уже непосредственно для отжига. Далее следует выдержка и остывание изделия.

Иногда данный процесс включает в себя и подачу эндогаза, она осуществляется при температуре 750 °С и длится до тех пор, пока не закончится вся термообработка. Затем на нагревательные элементы перестает поступать электроэнергия, избыточное давление сбрасывается, открывается затворка, и изделия выгружаются опять-таки с помощью цеховых подъемников.

Одними из последних разработок являются непрерывно нормализующие печи. Они могут быть как с газовым нагревом, так и с косвенным. В последнем случае система подбирается в зависимости от конкретно нужной температуры и назначения. К их преимуществам относится возможность управления мощностью, повышенная безопасность, отличная термоизоляция и экологичность, по крайней мере, количество выбросов вредных веществ в атмосферу в разы меньше, чем при использовании устаревшего оборудования.

3 Какие процессы происходят в металле при отжиге?

Отжиг металла – это нагрев до весьма значительных температур, зачастую превышающих даже критическую, что не может не отразиться на его структуре. Однако, так как и режим при разных видах термообработки различен, да и изначально структура сталей неодинакова, то и изменения в них будут происходить непохожие в зависимости от этих факторов.

Таким образом, углеродистые доэвтектоидные стали, подвергшиеся полному отжигу, в результате получат перлитную структуру с включением зерен феррита. Низко- и среднеуглеродистые стали с содержанием углерода, не превышающим 0,45%, в основном имеют неоднородную структуру, после же обработки их зерна измельчаются и становятся более однородными.

При неполном отжиге изменению подвергается структура перлита, что же насчет феррита, так он неизменен. Таким образом, снимаются внутренние напряжения в материале, и он становится более мягким. При гомогенизации происходит распределение атомов (диффузия), при этом довольно часто следствием может служить укрупнение зерен. После нормализации структура стали становится мелкозернистой и более однородной.

4 Обязательно ли отжигать сталь?

Очень часто бывают случаи, когда последствиями какой-либо обработки является неустойчивое состояние материала. Например, результатом холодной пластической деформации может послужить искажение кристаллической решетки. Диффузионные процессы, которые должны пройти при затвердевании, не успевают произойти, что способствуют неоднородности сплава. Быстрое охлаждение, а также неравномерное распределение усилий приводит к неравномерному распространению упругой деформации. Без теплового движения атомов неустойчивое состояние стали будет сохраняться надолго. Таким образом, для того чтобы снять напряжение, свести искажение кристаллической решетки до минимума, а также осуществить диффузию и рекристаллизацию, необходим нагрев.

Кроме того, в случае нагрева выше температуры фазового превращения и дальнейшего медленного охлаждения произойдет структурированное равновесие сплава. Таким образом, с помощь отжига добиваются повышения уровня механических свойств, снятия внутренних напряжений, материал лучше поддается резке специальным инструментом, становится более мягким, а также данный этап считается подготовительным для дальнейшей термообработки.

5 Какие дефекты может создать отжиг стали?

При этом очень важно знать и о вероятных дефектах. Среди них окисление – возникновение на поверхности окислов железа и окалины. Связано это с выгоранием углерода в поверхностных слоях. Этот брак может привести к искажению геометрии деталей, снижению прочности, возникновению трещин, а также короблению. Дабы избежать данных дефектов, необходимо использовать защитные газы, чтобы снизить содержание кислорода в рабочей среде до минимума.

Еще виды дефектов, которые могут встретиться при отжиге, это перегрев и пережог. Возникают они при воздействии чрезвычайно высоких температур и длительной выдержке. В первом случае происходит укрупнение зерна, что приводит к появлению горячих трещин, снижению вязкости и прочности сплава. Бороться с этим можно только лишь повторной нормализацией. Второй же дефект характеризуется окислением самих зерен, а значит, и оплавлением поверхности. Исправить такой брак невозможно, поэтому деталь просто переплавляют.

особенности и назначение термической обработки металла

Чтобы обеспечить надежность и долговечность металлоконструкций, прибегают к отжигу сталей. Завод металлоконструкций ЧЗМК располагает всем необходимым для этого оборудованием.

Почему нужна термическая обработка металла

В процессе эксплуатации металлоконструкции изделия из стали и других сплавов подвергаются различным нагрузкам – статическим, динамическим, циклическим. На них оказывают воздействие агрессивные среды, перепады температур. Чтобы обеспечить высокую эксплуатационную надежность, необходимо упрочнить структуру материала. Для этого используют разнообразные процедуры, включая термообработку.

Для упрочнения и стабилизации эксплуатационных свойств металла, предстоит повысить его механические и физико-химические показатели. Отжиг стали – термическая обработка, которая и позволяет достичь желаемого эффекта путем последовательного нагрева, выдержки и охлаждения сплава.

Такая процедура позволяет целенаправленно поменять характеристики металла. Благодаря отжигу стали этого удается достичь с максимальной точностью. Хотя схожего эффекта добиваются и другими способами. Например, вовлекают химические вещества, подвергают материал электромеханической обработке.

Во время отжига сталей в структуре происходят важнейшие изменения:

  • меняется фазовый состав;
  • перераспределяются компоненты;
  • колеблются размеры и формы кристаллических зерен.

Конечный результат зависит от точности соблюдения технологии. Чтобы получить желаемый эффект, выполняя отжиг стали, учитывают химический состав сплава. Под него подбирают температурно-временные параметры, защитную среду. В противном случае в процессе возможно обезуглероживание, окисление, науглероживание.


Чаще всего к отжигу стали прибегают перед дальнейшей обработкой металла. Воздействуя на сплав посредством высоких температур, удается понизить показатель его твердости. Благодаря этому будет легче придавать заготовкам желаемые формы при помощи резательного и другого инструмента.

Поскольку структура стали становится более однородной, химические, механические и физические характеристики улучшаются.

Виды отжига

Чтобы получить равновесную структуру, к сталям применяют несколько вариантов термообработки. Но в любом случае предполагается три этапа процедуры:

  1. Нагрев.
  2. Выдержка.
  3. Охлаждение.

Параметры выдержки на каждом этапе подбирают под марку стали. В таком случае удается снизить внутренние напряжения и повысить пластичность для уравновешивания структуры.

Основное отличие между разными видами заключаются в том, какая используется температура. Однако имеет значение также способ и скорость охлаждения – иногда его выполняют крайне медленно, оставляя металл в печи, а порой процесс протекает на открытом воздухе.

Полный и неполный отжиг

Благодаря грамотной термообработке после устранения структурной неоднородности легче подвергать металлы резке и другим процедурам. К классическим видам отжига стали относят полный и неполный.

Первый предполагает нагрев металла на 30-50 градусов выше критической точки на начальной стадии. Когда структура превратится в аустенит, начинается медленное охлаждение в печи. Как правило, для этого выдержка длится около одной четверти времени, которое требовалось для нагрева.

Скорость медленного охлаждения при полном отжиге сталей зависит от марки:

  • углеродистым требуется около 100-150 градусов в час;
  • легированным – 30-50 градусов в час.

Температура снижается до 400-600 градусов. В результате образовывается феррит и перлит. Во время отжига охлаждение выполняют не только в печи, но и на воздухе, если хотят добиться нормализации.


Такой способ гарантирует полную перекристаллизацию. В крупнозернистых сталях структура становится мелкозернистой. Из металла уходят напряжения, он более вязкий и мягкий. Данный способ помогает также устранить дефекты, которые образовались при предыдущей обработке. Например, к нему прибегают после литья или деформации, сварки либо термообработки, которая привела к неблагожелательным результатам.

При неполном отжиге сталей температуру удерживают, не превышая верхнюю критическую точку. Однако она должна быть выше нижней критической. Далее следует медленное охлаждение.

К неполному отжигу стали прибегают для того, чтобы облегчить их обработку методом резки. Поэтому по отношению к мягким сплавам он применим редко. Кроме того, данный вид не поможет избавиться от дефектов.

Наиболее востребован данный вид отжига при работе с инструментальными сталями. Так как они становятся более податливыми к резанию, уменьшаются затраты на последующую обработку.

Изотермический отжиг

Некоторые марки стали не поддаются полному и неполному отжигу. Например, сталь конструкционная 18Х2Н4ВА. Даже самое медленное охлаждение не помогает поменять структуру должным образом. В таком случае прибегают к изотермическому отжигу.

Отличие заключается в том, что охлаждение происходит с остановкой. Благодаря этому удается добиться цели и придать сталям необходимые характеристики.

Процесс изотермического отжига начинается с нагрева до определенной температуры. Какой именно, зависит от марки стали. Далее переходят к охлаждению, но, когда доходят до 670-600 градусов, на этом на некоторое время останавливаются. После продолжают охлаждать сплав.

К преимуществам изотермического отжига относят увеличение производительности печей. Поскольку сокращается время, необходимое для термообработки.

Если говорить о специфике воздействия на металл, определенным сталям удается придать желаемую структуру благодаря тому, что поддерживается определенная температура, при которой происходит распад аустенита на ферритно-цементитную смесь. Когда этот процесс завершается, нет необходимости продолжать медленное охлаждение – оно может идти быстро, поэтому заготовку выставляют на воздух.


При работе с легированными сталями изотермический отжиг наиболее целесообразен. Альтернативой может быть только процесс с крайне медленным охлаждением. И все равно не получится добиться такой идеальной однородной структуры, как при интервальном способе.

Диффузионный отжиг

Если приходится работать со стальными слитками, тогда вышеперечисленные методы бывают недейственными. Литым сталям свойственна неоднородность химического состава. Из-за дендритной кристаллизации сплавов неоднородным становится химический состав дендритных кристаллов. Поэтому и приходится прибегать к особому отжигу сталей. Его называют диффузионным, хотя еще считают подвидом полного.

В данном случае на первой стадии отжига стали нагревают до отметки, которая намного выше интервала превращений. А именно, разница в большую сторону составляет в пределах 180-300 градусов. Дальше переходят к медленному охлаждению, чтобы придать стали желаемую структуру.

Этот способ помогает сделать сплав однородным, уменьшив микроликвацию. Поэтому встречается еще одно название такого отжига сталей – гомогенизация. Путем диффузии удается выровнять химическую неоднородность.


Длительность диффузионного отжига достигает до сотни часов. Только на выдержку уходит около 12-15 ч. Последующее охлаждение с температур в 1100-1150 до 250-200 градусов весьма долгое. Причем нередко требуется еще один отжиг. Поскольку после гомогенизации стали получаются крупнозернистыми. Однако, когда их готовят под прокат или ковку, то в дополнительной термообработке нет необходимости. Так как пластическая деформация поможет измельчить зерно.

Рекристаллизационный отжиг

Если металл прошел процесс холодной деформации, его термообработка требует особого подхода. Тогда прибегают к рекристаллизационному отжигу. Благодаря специфике процесса удается уменьшить прочность и увеличить пластичность параллельно со снятием наклепа, который неизбежно образовывается в ходе холодной пластической деформации.

Для выполнения рекристаллизационного отжига необходимо достичь температуры, которая на 100-150 градусов выше порога рекристаллизации. Далее следует выдержка и охлаждение. Для отжига холоднодеформированной стали самое главное – не перегреть металл. В противном случае зерно станет крупнее, а пластичность будет утрачена.

Этот вид отжига особенно часто применим по отношению к цветным металлам, а со сталями таким образом работают реже. Если его используют, то преимущественно перед очередным холодным деформированием либо перед окончательной термообработкой.


Для данного метода прибегают к помощи диаграмм рекристаллизации, чтобы правильно рассчитать продолжительность и температуру. Чтобы исключить укрупнение зерен и разрозненности структуры после отжига холоднодеформированной стали, прибегают к ускорению нагрева. Быстрее добиться достижения нужной температуры удается, погрузив заготовку в соляную ванну.

Особенности отжига различных видов стали

Чтобы не возникали сложности разного рода, к процедуре прибегают, изучив состав сплава. Большое значение имеет содержание углерода в стали. На основании сведений о свойствах рассчитывают температуру нагрева, длительность выдержки и время охлаждения.

Время рассчитывают, учитывая назначение отжига. От него требуются структурные изменения в сталях, поэтому продолжительность процедуры должна быть такой, чтобы металл успел не только прогреться, но и измениться. В случае нарушения регламента или в результате ошибок в расчетах возникают дефекты.

Например, после отжига, выполненного с нарушениями, образовывается окисление поверхностного слоя с образованием окалины. С нею борются при помощи химических реактивов. Но возможна очистка стали механическим образом.

Для отжига необходимы специальные печи не только по той причине, что металл разогревают до очень высоких температур: важно исключить воздействие кислорода. Иначе произойдет выгорание углерода, что приведет к ухудшению механических и технологических свойств стали. Поэтому в печи подают специальные газы, именуемые защитными.

Если температура будет превышена, в результате зерно станет слишком крупным, а металл обретет нежелательную хрупкость. Подобный дефект исправляют, повторяя процедуру заново. Однако, если все допустимые значения нагрева и выдержки значительно превышены, может произойти пережег. В таких сталях нарушаются связи между зернами. Поэтому металл бесповоротно портится.

Чтобы исключить ошибки, необходимо понимать процессы, протекающие в сталях, и обладать профессиональными навыками. У нас трудятся компетентные специалисты, которые знают, что такое отжиг, умеют работать с различными сплавами. Они выбирают необходимый режим в соответствии с маркой и поставленной целью. Череповецкий завод металлоконструкций располагает необходимым оборудованием и инструментами для работы с различными сталями.

Отжиг стали различного вида: методы, оборудование, особенности

При производстве разных видов металла сырьё проходит ряд технологических операций. Одна из них — отжиг стали. При проведении этого этапа обработки металл обретает определённые параметры, без которых он не может переходить на следующие технологические операции.

Отжиг стали

Что такое отжиг и зачем он нужен?

Метод отжига необходим для улучшения характеристик, изменения свойств металлов и сплавов. Благодаря дополнительной термообработке можно достичь следующих целей:

  1. Снизить показатель твердости. Это позволяет тратить меньше усилий на дальнейшую обработку материала, использовать больше инструментов.
  2. Изменить структуру. Получается однородная микроструктура, которая улучшает физические, механические характеристики.
  3. С помощью нагрева мастера снижают внутреннее напряжение, возникающее в материале на первых этапах работы с сырьём.

Термическая обработка может быть полной или неполной. Иногда второго варианта достаточно для изменения технических характеристик до нужно уровня.

Виды

Выделяется два ключевых метода отжига — 1-го и 2-го рода. Первый вариант подразумевает обработку теплом, после которой не изменяется структура материала. Однако он обретает нужные параметры. При проведении обработки 2-го рода структура металла изменяется кардинально. При этом нужно правильно провести охлаждение, чтобы не ухудшить характеристики.

Изотермический

Принцип изотермического отжига заключается в том, что сырье нагревается до аустенитного состояния. Далее происходит процесс охлаждения. Температура медленно опускается до 680 градусов по Цельсию. Деталь выдерживается при низкой температуре до тех пор, пока не получится перлит. Далее изделию дают остыть при комнатных условиях. Этот вид обработки применяется при производстве легированных сталей.

Изотермический нагрев отличается от других видов удержанием одной температуры при охлаждении. Это позволяет добиться равномерного и полноценного изменения структуры, что положительно влияет на технические характеристики сплавов, однородных металлов.

Изотермический отжиг

Диффузионный

Экстремальный вид разогрева изделий. Диффузионный отжиг проводится при критических показателях. После такого способа обработки у материалов увеличивается пластичность, снижается твердость. Можно применять больше методов для дальнейшей работы с заготовками, затрачивать меньше энергии.

При повышении температур свыше критической отметки нужен строгий контроль. Если технология применяется с ошибками или отклонениями, можно пережечь заготовку. Чтобы выбрать правильный температурный режим, был разработан справочник. Диффузный разогрев позволяет добиться следующих изменений:

  • увеличения зёрен;
  • уменьшения избыточных фаз;
  • нормализации структуры изделия.

Однако есть один минус. Из-за экстремальной обработки увеличиваются поры, что негативно сказывается на целостности заготовки.

Рекристаллизационный

Рекристаллизационный отжиг — метод, с помощью которого металлурги избавляются от большинства минусов металла, сплава. Заготовки разогревается свыше температуры изменения структуры на 200 градусов. Так обрабатываются металлические прутья, арматура, проволока, листовой прокат.

Полный

При выполнении полного разогрева металлических деталей их температура повышается до критических отметок. После этого температурный режим устанавливается в одном положении, деталь выдерживается определённый промежуток времени. Далее заготовка охлаждается по специальному графику.

Неполный

Процесс неполного нагрева отличается от полного тем, что температура металлических деталей не доходит до критического уровня. Длительное охлаждение также не требуется.

Технологии точно описаны ГОСТами, которые устанавливают ряд правил относительно их проведения. Нарушение требований может привести к браку изделий, разрушению оборудования.

Какое оборудование используется?


Для разогрева однородных металлов, сплавов, используется разное оборудование. К нему относятся:
  1. Шахтные печи. Подходят для разных технологических процессов, связанных с металлическими заготовками. Могут разогреваться газом или электрическими элементами.
  2. Камерные печи. Используются для нагрева заготовок небольшого размера.
  3. Печи с установленным механизмом выдвигающегося пода. Предназначены для термической обработки крупногабаритных деталей. Сверху на конструкции закрепляется кран балка, с помощью которой заготовки выгружаются, загружаются новые.
  4. Вакуумные печи. Используются при термообработке быстрорежущих сталей, тугоплавких металлов, титана, меди.
Оборудование для отжига

Особенности отжига различных видов стали

При нагреве разных видов стали нужно учитывать содержание углерода в их составе. Отжиг стали требует знания состава материала. Показатель твердости зависит от температуры нагрева, выдержки, охлаждения.

На предприятиях устанавливается по две промышленных печи. В одной заготовка разогревается до критических температур или выше. Другая нужна для выдержки или медленного охлаждения. Проще работать со сталями, которые имеют менее 0.08% углерода в своём составе. Для изменения их характеристик достаточно провести неполный нагрев. Температура нагрева металла при этом не доходит до критической. Скорость охлаждения устанавливается зависимо от вида металла. Полный отжиг доэвтектоидной стали проводится редко. Обработка углеродистых и легированных сталей сложнее, энергозатратнее.


Отжиг стали — технологический процесс, который проводят при производстве разных видов металлов, сплавов. С его помощью изменяют характеристики заготовок, убирают определённые минусы, меняют структуру. Однако важно точно рассчитывать температуру нагрева, промежуток охлаждения, состав материала.

Термическая обработка металла

Термическая обработка металлов и сплавов в муфельной печи производится с целью повышения твёрдости и прочности деталей с уменьшением её пластичности.

Термической обработке подвергают различные заготовки, а также готовые детали и инструмент для придания им необходимых свойств: твердости, прочности, износостойкости, упругости, снятия внутренних напряжений, улучшения обрабатываемости.

Среди основных видов термической обработки следует отметить:

Отжиг.

Главным назначением отжига является устранение структурной неоднородности в деталях и заготовках, полученных обработкой давлением, литьём, ковкой и сваркой. С устранением структурной неоднородности происходит изменение механических и технологических свойств, снятие внутренних напряжений, устранение хрупкости, понижение твёрдости, увеличение прочности, пластичности и ударной вязкости.

Отжиг заготовок проводят в муфельной печи при определённом режиме для каждого сплава.

Размеры муфельной печи на нашем предприятии: 400х400х400мм.

Нормализация.

Нормализация – вид термической обработки чёрных металлов. Обычно применяется вместо отжига для улучшения низкоуглеродистых сталей. В процессе нормализации возникают дефекты, аналогичные дефектам отжига, но в менее выраженной форме.

Закалка.

Подобно нормализации служит для придания стальным изделиям твёрдости, упругости и износостойкости. В результате одни и те же стали приобретают различные свойства. Охлаждающими средами при закалке являются вода и масло. Режущий ювелирный инструмент должен быть твердым, но не хрупким, поэтому при закалке в качестве охлаждающей среды выбирают масло. Если же инструмент охлаждают в воде, то потом его подвергают отпуску.

Отпуск.

Отпуск понижает твёрдость и хрупкость изделий и повышает их вязкость. Назначением отпуска является устранение внутренних напряжений у деталей после закалки, повышение ударной вязкости, уменьшение хрупкости и частичное уменьшение твёрдости.

Отжиг и нормализация углеродистой стали :: Технология металлов

Отжиг стали.

 

Отжигом называется операция термической обра­ботки, при которой путем нагрева, выдержки при установленных температурах и последующего медленного охлаждения в стали по­лучают устойчивую структуру, свободную от остаточных напряже­ний. Цель отжига стальных изделий — снять внутренние напряже­ния, устранить структурную неоднородность, улучшить обрабатыва­емость резанием и подготовить к последующей термической обра­ботке.

Отжиг стали может быть с фазовой перекристаллизацией: пол­ный, изотермический, на зернистый перлит и диффузионный, а так­же без фазовой перекристаллизации — рекристаллизационный.

 

 

 

Рис. 1. Интервалы температур для различных видов отжига и нормализации углеродистой стали

 

Отжиг включает следующие операции.

1. Нагрев стали до температур, на 20—30° превышающих верх­нюю критическую точку АС1, т. е. лежащих выше линии GS, — полный отжиг для доэвтектоидных сталей (рис. 1), или нагрев ста­ли до температур, на 30—40° превышающих нижнюю критическую точку AC1 т. е. расположенных выше линии PSK, — неполный от­жиг.

2. Выдержка детали в течение времени, достаточного для равно­мерного прогрева ее по всему сечению до заданных температур и для завершения всех структурных (фазовых) превращений, которые должны полностью закончиться. Законченность структурных превра­щений в стали при отжиге составляет цель данной операции: лишь в этом случае свойства стали после отжига существенно улучшаются.

3. Медленное охлаждение стали от температур отжига со ско­ростью, меняющейся (от 10 до 100° в час) в зависимости от марки стали, формы и назначения детали.

 

Полному  отжигу подвергают обычно доэвтектоидные стали, нагревая их до температур выше линии GS, выдерживая при них в течение 1/4 продолжительности нагрева и медленно ох­лаждая вместе с печью до 600 — 400° С. Углеродистые стали охлаждают со скоростью 100—150° в час, легированные — со ско­ростью 30—50° в час. Полный отжиг сопровождается фазовой пере­кристаллизацией, в результате чего крупнозернистая сталь полу­чает мелкозернистую структуру, освобождается от внутренних нап­ряжений, становится мягкой и вязкой. Для отжига изделия упако­вывают в ящики, трубы или реторты, которые затем наполняют песком, чугунной стружкой или углем, чтобы предохранить поверх­ность изделий от обезуглероживания и окисления. Наилучшие ре­зультаты дает применение защитной атмосферы. Отжиг в защитной атмосфере называют светлым, так как при этом способе обезуглероживания и окисления почти не бывает и поверхность изделий оста­ется относительно светлой.

 

Неполный  отжиг является разновидностью отжига пе­рекристаллизации. При неполном отжиге сталь нагревают до тем­пературы, на 30—40° превышающей нижнюю критическую точку АС1 (см. рис. 1), т. е. до 750—760° С.

Замедленное охлаждение или длительная выдержка стали при температурах 680—750° С способствует образованию крупноплас­тинчатого перлита, облегчающего обрабатываемость стали резани­ем. Для мягких доэвтектоидных сталей, содержащих до 0,4—0,5% углерода, этот вид отжига применяют редко, так как они и без от­жига достаточно хорошо обрабатываются резанием. Для инструмен­тальных сталей, особенно заэвтектоидных, неполный отжиг явля­ется единственным видом отжига. Он способствует снятию внутрен­них напряжений и улучшению обрабатываемости резанием.

 

Отжигу  на  зернистый  перлит  подвергают эвтектоидные и заэвтектоидные стали. Для отжига сталь нагревают на 20—30° выше критической точки ACi(см. рис. 54) и после выдер­жки при рабочей температуре в течение 3—5 часов медленно охлаж­дают (со скоростью 30—50° в час) до 650—600° С. В результате дли­тельной выдержки пластинчатый перлит превращается в зернистый; это явление называется сфероидизацией (округлением). Высокоуглеродистые инструментальные стали, содержащие более 0,65% углерода, со структурой зернистого перлита хорошо обра­батываются резанием и лучше поддаются закалке; они обладают мень­шей склонностью к образованию трещин и короблению. В некоторых случаях, чтобы ускорить процесс сфероидизации перлита, нагрев и охлаждение повторяют несколько раз. Такой отжиг называется  м а я т н и к о в ы м, или  цикличным. При цикличном отжи­ге инструментальную сталь нагревают до 730—750° С и медленно охлаждают до 650° С; процесс повторяют несколько раз. Все за­эвтектоидные (инструментальные) стали отжигают на зернистый перлит.

 

Изотермический  отжиг заключается в нагреве ста­ли выше критической точки АС3 и выдержке при этой температуре в течение времени, необходимого для полного и равномерного про­грева. Затем сталь относительно быстро охлаждают до температу­ры ниже Ar1(650—700° С). При этой постоянной (изотермической) температуре сталь выдерживают определенное время, необходимое для полного распада аустенита с образованием перлита (в доэвтек-тоидной стали — феррита и перлита), и затем охлаждают на возду­хе. Изотермический отжиг имеет почти вдвое более короткий цикл,

чем   обычный    отжиг.

 

 

Рис. 2. Интервал закалочных темпера­тур углеродистой стали

 

Преимущества изотер­мического отжига —од­нородность структуры и ускорение процесса, осо­бенно при отжиге леги­рованной стали. Для сталей, содержащих большое количество хро­ма, никеля и других эле­ментов, только изотер­мический отжиг позво­ляет добиться превра­щения весьма устойчи­вого аустенита в перлит и феррит и обеспе­чить хорошую обра­батываемость стали ре­жущим инструментом. Диффузионный отжиг  применяют для слитков и крупных отливок, чтобы выравнять (путем диффузии) химический состав стали, имеющий внутрикристаллическую ликвацию. Сталь нагревают до 1050—1150° С, выдерживают при этой температуре 10—15 часов и затем медленно охлаждают до 600 — 550° С. Диф­фузионный отжиг приводит к росту зерна стали; этот дефект уст­раняют повторным отжигом на мелкое зерно (полный отжиг). Сталь, прошедшая гомогенизацию, обладает более высокими меха* ническими свойствами; особенно повышается ударная вязкость.

Рекристаллизационным  отжигом называется отжиг стали, прошедшей холодную прокатку, волочение или холод­ную штамповку, с выдержкой при температуре 680—700° С и после­дующим охлаждением. Этой температуры достаточно для того, что­бы возвратить стали свойства, которые она имела до холодной обработки давлением. В результате такого отжига понижается твер­дость и прочность, но повышаются показатели пластичности — отно­сительное удлинение, ударная вязкость.

 

Нормализация стали.

Нормализацией называется нагрев стали выше линии GSE  на 30—50° (см. рис. 1) свыдержкой при этой температуре и последующим охлаждением на воздухе. Нормализацию применяют для устранения внутренних напряжений и наклепа, по­вышения механических свойств стали.

Слово «нормализация» указывает на то, что сталь после этой операции получает нормальную, однородную, мелкозернистую структуру; перлит приобретает тонкое строение. Нормализации подвергают отливки и поковки. В настоящее время нормализация распространена в машиностроении больше, чем отжиг, так как она более производительна и дает лучшие результаты.

 

Источник:
Остапенко Н.Н.,Крапивницкий Н.Н. Технология металлов. М. Высшая школа,1970г.

Нормализация и отжиг стали – популярные типы обработки

После первой выплавки сложно достичь состояния металла, соответствующего современным нормам. В связи с этим в металлургии применяются дополнительные разновидности обработки, такие как отжиг и нормализация стали.

Отжиг представляет собой первый этап термического преобразования сплава. Процесс заключается в нагреве изделия до конкретных температурных показателей, выдерживании такого состояния и постепенном охлаждении. Благодаря этому меняется структура и характеристики сплава.

К видам термической обработки относится нормализация, во время которой сплав подвергается нагреванию до температуры, превышающей критические значения на 30-50 градусов. Далее изделие выдерживается и медленно охлаждается.

Выбор конкретной методики осуществляется в зависимости от вида материала, а также поставленных задач. Время для выдержки выбирают такое, чтобы заготовка успела полностью прогреться, а в материале произошли перемены в структуре. Отличается и время на охлаждение. У углеродистой стали процесс происходит быстрее, а у низколегированной – медленнее. Дольше всего охлаждаются высоколегированные стали.

Бывают ситуации, при которых не требуются серьезные структурные изменения. Актуальным становится процесс неполного отжига. Во время изотермического отжига нагрев может превышать критические показатели не больше, чем на 50 градусов. Химическая однородность получается посредством гомогенизации, когда термическая обработка происходит при повышенных температурных значениях, многочасовой выдержке и крайне медленном охлаждении. Рекристаллизационный отжиг выполняется при нагреве до 680 градусов.

Изменения в структуре металла

Отжиг металлической продукции до существенных температур отражается на его структуре. Поскольку изначально она не является одинаковой, изменения зависят от разных факторов. Углеродистая сталь, прошедшая полный отжиг, приобретает перлитную структуру, в которую включены зерна феррита. Средне- и низкоуглеродистые стали обладают неоднородной структурой. В результате обработки зерна получаются более мелкими и однородными.

В случае неполного отжига перемены наблюдаются в структуре перлита, в то время как феррит остается прежним. Процедура дает возможность устранить внутренние напряжения и сделать материал мягче. Во время гомогенизации часто наблюдается увеличение размеров зерен и распределение атомов. После осуществления нормализации структура стальных изделий приобретает однородность и мелкозернистость.

Современное оборудование для отжига

Ввиду того что обработка предполагает серьезный нагрев, для проведения операции нужно специальное оборудование. Печи для отжига, относящиеся к шахтному типу, применяются с целью термического преобразования канатов, проволоки, стержней, низкоуглеродистой, среднеуглеродистой и легированной стали.

Внутреннюю среду разогревают таким образом, чтобы в ней повысилась номинальная температура. Затем нагрев прекращают и выполняют загрузку изделий особыми подъемниками. Крышку закрывают и проводят подогрев до требуемой температуры. В конце происходит выдержка и остывание продукции.

В некоторых случаях осуществляется подача эндогаза при показателях 750 градусов. Процесс проходит на протяжении всей термической обработки.

Наиболее современными считаются нормализующие печи, которые делятся на разновидности с косвенным и газовым нагревом. В случае с косвенным нагревом играет роль правильный подбор температуры и назначения. Инновационное оборудование

позволяет управлять мощностью, обеспечивает высокий уровень безопасности, отменную термоизоляцию, экологичность процессов, поскольку выбросы в атмосферу сокращаются в несколько раз.

Краткое руководство по отжигу: что такое отожженный металл?

Отжиг – это особый процесс термической обработки, который изменяет свойства металла. Хотя существует множество различных видов термической обработки, отжиг популярен, поскольку он увеличивает пластичность и снижает твердость. В этом посте мы расскажем все, что вам нужно знать о процессе отжига.

Позвольте нам удовлетворить ваши потребности в термообработке

Kloeckner работает с рядом партнеров по термообработке стали, чтобы предоставить нашим клиентам качественные детали, соответствующие их спецификациям.Мы предлагаем термообработанные изделия «под ключ» из нашего общенационального запаса толстолистового, пруткового и листового проката.

Что такое процесс отжига?

Отжиг — это процесс термической обработки, широко распространенный в производстве, поскольку он улучшает физические, а иногда и химические свойства металла, делая его более прочным и пригодным для обработки. При нагреве во время специфического процесса отжига атомы мигрируют в своей кристаллической решетке, и число атомных дислокаций уменьшается, что приводит к изменению как пластичности, так и твердости.При охлаждении материал снова кристаллизуется.

Для многих сплавов, в том числе для наиболее распространенной в производстве углеродистой стали, свойства металла определяются размером кристаллических зерен и фазовым составом. Оба изменяются при нагревании и охлаждении. Зная состав кристаллических зерен и фазовую диаграмму, отжиг как термообработку можно использовать для превращения металла из твердого в мягкое, из хрупкого в пластичное. В результате металл будет более податливым, что является очевидным преимуществом в производстве.

В чем преимущество отжига?

Как уже говорилось, отжиг используется для того, чтобы сделать металл более пластичным и менее хрупким. Вот три основных преимущества отжига:

  • Отжиг делает металлы более пластичными. Когда металл прочнее и пластичнее, это дает производителям больше свободы действий в процессе изготовления. Меньше риск разрушения материала при изгибе или сжатии.
  • Отжиг также может улучшить обрабатываемость металла и увеличить срок службы инструментов.Твердые, хрупкие металлы могут вызвать износ магазинных инструментов. Отжиг металлов снижает износ и вероятность повреждения инструментов.
  • Отжиг снимает так называемое остаточное напряжение. Остаточное напряжение — это то, что остается в металле после устранения первоначальной причины напряжения. Например, остаточное напряжение от профилирования может привести к разрыву конструкции при резке ленточной пилой. Остаточное напряжение может усложнить будущие процессы, и отжиг — отличный способ его снять.

Какие металлы обычно отжигают?

Чаще всего в обрабатывающей промышленности отжигают многие виды стали и чугуна.Существуют также определенные типы алюминия, меди и латуни, которые можно отжигать. В то время как сталь обычно охлаждают до комнатной температуры в неподвижном воздухе, медь и латунь также можно закаливать в воде.

Каковы этапы процесса отжига

Процесс отжига состоит из трех основных этапов:

  1. восстановление
  2. рекристаллизация
  3. рост зерна

восстановление

известны как зерна.Иногда сама структура зерен вызывает напряжение в металле. Во время первой фазы процесса отжига, называемой восстановлением, печь или другой тип источника тепла используется для повышения температуры материала до уровня, при котором снимаются внутренние напряжения.

Рекристаллизация

Во время рекристаллизации дальнейшее нагревание повышает температуру металла почти до точки плавления, достаточно высокой, чтобы атомы рекристаллизовались, и достаточно низкой, чтобы металл не плавился.

Рост зерен

Во время стадии роста зерен новые кристаллические зерна становятся полностью развитыми по мере того, как металл охлаждается и не испытывает первоначального напряжения металла. Окончательный состав, включая пластичность и твердость, определяется скоростью охлаждения. После отжига металла может выполняться окончательная обработка, такая как формовка, штамповка или формовка.

Когда чаще всего используются отожженные металлы?

Чаще всего вы найдете это в:

  • Листовые металлы, такие как холоднокатаный стальной лист и оцинкованный стальной лист, отжигаются, потому что процесс холодной прокатки создает слишком большую твердость для дальнейшей обработки.Отжиг восстанавливает их пластичность и формуемость, что позволяет производить дальнейшую гибку, штамповку, формовку/растяжение или резку без растрескивания или потери стабильности размеров.
  • Холоднокатаный пруток и металлическая проволока часто подвергаются отжигу, потому что процесс их протягивания через волоку вызывает напряжения в их зернах. Это увеличение прочности и хрупкости металла называется деформационным упрочнением. Отжиг устраняет это напряжение рабочего упрочнения, что может облегчить дополнительные этапы волочения или обеспечить определенные механические свойства готовой стали.Обычно указанные полутвердые и полностью мягкие условия являются результатом контроля конечных механических свойств в процессе отжига.
  • Алюминий обычно отжигают, чтобы обеспечить экстремальные операции формовки и волочения, которые в противном случае могли бы вызвать растрескивание или разрыв металла. Детали глубокой вытяжки часто обозначаются как полностью отожженные, отпущенные или абсолютно мягкие изделия.
  • Отжиг также используется для придания материалам большей однородности, если сварка привела к остаточным напряжениям в зоне термического влияния.

Чем отжиг отличается от нормализации?

В отличие от отжига нормализация представляет собой процесс повышения твердости. Чтобы нормализовать металл, вы повышаете температуру материала выше аустенитного диапазона, а затем охлаждаете его на воздухе при комнатной температуре. Аустенизация означает нагрев металла до температуры, при которой его кристаллическая структура меняется с ферритной на аустенитную. Если вы ищете более мягкий и пластичный металл, выберите отжиг. Если вы ищете более твердый и менее пластичный металл, выберите нормализацию.В любом случае, обе термообработки приводят к получению металлов с меньшим напряжением и большей обрабатываемостью.

Компания Kloeckner сотрудничает с рядом партнеров, занимающихся термообработкой стали, чтобы обеспечить наших клиентов качественными деталями, соответствующими их спецификациям. Мы предлагаем термообработанные изделия «под ключ» из нашего общенационального запаса толстолистового, пруткового и листового проката. Пожалуйста, свяжитесь с Kloeckner Louisville или позвоните по телефону (678) 259-8800, чтобы узнать о ваших потребностях в термообработке.

Позвольте нам удовлетворить ваши потребности в термообработке

Kloeckner работает с рядом партнеров по термообработке стали, чтобы предоставить нашим клиентам качественные детали, соответствующие их спецификациям.Мы предлагаем термообработанные изделия «под ключ» из нашего общенационального запаса толстолистового, пруткового и листового проката.

Руководство для начинающих по отжигу стали – изготовление из металла

Отжиг — это процесс термической обработки, который размягчает сталь. Это может упростить форму или обработку. Это особенно полезно, если вам нужно отрезать что-то, что было сварено, например, когда вам нужно восстановить сорванную резьбу на валу.

Металл состоит из кристаллической структуры, которая напрямую связана с его механическими свойствами.Если вы можете изменить структуру, вы можете настроить ее твердость, пластичность, прочность, прочность на растяжение и множество других параметров.

Так как же отжигать сталь?

Чтобы отжечь сталь, нагрейте ее примерно на 100 градусов по Фаренгейту выше ее критической температуры, выдержите при этой температуре в течение 1 часа на каждый дюйм толщины и дайте ей остыть с максимальной скоростью 70 градусов по Фаренгейту в час.

Хорошо, это короткий ответ. Давайте рассмотрим, как это сделать в реальной жизни, в зависимости от инструментов, к которым у вас есть доступ, а также несколько советов и приемов, которые помогут вам сделать это (в основном) правильно с первого раза.

Как отжигать сталь

Чтобы отжечь сталь, вам понадобится способ нагреть металл до ярко-красного цвета, выдержать его при этой температуре некоторое время, а затем очень медленно дать ему остыть.

Существует два основных подхода к этому: использование горелки, кузнечной печи или другого нерегулируемого источника тепла или использование программируемой печи для термообработки.

Использование печи для термообработки

Плюсы:

  • Самый контролируемый процесс, самые стабильные результаты
  • Лучший способ  полный отжиг стали до сердцевины
  • Если печь программируемая, вы можете настроить ее и уйти
  • Действительно эффективна для деталей различной толщины

Минусы:

  • Для мелких деталей может потребоваться много времени, или если полный отжиг не важен
  • Печи для термообработки недоступны для многих людей

Чтобы выполнить это правильно, лучше всего знать точную марку стали, с которой вы работаете.Если вы купили сталь у поставщика, уточните у него рекомендуемую температуру отжига.

Честно говоря, она не сильно отличается — обычно вы будете отжигать в диапазоне 1450-1650 F или около того, но все же идеально получить точную температуру для полного отжига металла.

Если вы действительно понятия не имеете, что это за сталь, я обычно просто начинаю с 1500 F и пробую еще раз с 1550 F, если это не работает, как планировалось (повторяйте с шагом 50 по мере необходимости).Не самый эффективный метод, но обычно работает. Можно немного перегреться, если вы не расплавите сталь.

Как только печь нагреется до нужной температуры, вам нужно будет дать металлу «пропитаться» — это означает просто выдержать его при этой температуре. Это позволяет металлу достаточно нагреться внутри, так что он будет полностью отожжен на всем протяжении.

Эмпирическое правило для этого заключается в том, чтобы вымачивать металл в течение одного часа на каждый дюйм толщины.

Если вы работаете с куском стали действительно непостоянной формы, который в некоторых частях толще, чем в других, просто используйте самый толстый участок. Поэтому, если деталь представляет собой стержень диаметром 4 дюйма на толстом конце и диаметром 2 дюйма на узком конце, дайте ему замочить на 4 часа.

Преимущество использования печей для термообработки заключается в том, что, помимо действительно точной температуры, медленное охлаждение очень простое. Просто выключите духовку и держите дверцу закрытой. Огнеупорные кирпичи будут удерживать тепло достаточно долго, чтобы действительно контролировать охлаждение.

Кроме того, некоторые печи позволяют запрограммировать скорость охлаждения. В этом случае установите его на 70 F в час.

Вы можете вытащить деталь до того, как она полностью остынет — ничего страшного, если она все еще имеет пару сотен градусов. Я обнаружил, что обычно, если я программирую духовку днем ​​и запускаю цикл, деталь будет готова к извлечению утром. Если только это не массивный 8-дюймовый толстый блок, то есть — на его замачивание уйдет 8 часов!

Когда он достаточно остынет, чтобы его можно было трогать, проверьте его с помощью предпочитаемого вами метода проверки твердости, чтобы убедиться, что процесс работает по плану.

Использование фонарика

Плюсы:

  • Очень быстро для мелких деталей, таких как провода или зажимы
  • Резак, как правило, более доступен для большинства людей
  • Если вы разбираетесь в цветах стали при высоких температурах, вам не обязательно знать точную марку стали

Минусы:

  • Сложнее получить полный отжиг для достижения максимальной пластичности
  • Требует больше навыков
  • Требует больше времени для изготовления больших деталей
  • Очень сложно для деталей с переменной толщиной

На мой взгляд, это второй по процессы отжига.Если вы можете использовать духовку, вы всегда получите лучшие результаты вместо горелки.

Тем не менее, в большинстве случаев использование фонарика будет работать нормально. Вот процесс с несколькими советами, которые сделают успех более вероятным:

Особенно, если вы работаете с более крупными деталями (например, 1 дюйм или больше), попробуйте использовать насадку «Розовый бутон» в кислородной системе. Вам будет легче последовательно нагревать металл, не перегревая определенные участки.

Держите пламя подальше от любых небольших тонких участков детали.Их будет очень легко перегреть и расплавить. Если есть разная толщина, попробуйте поставить пламя на более толстую часть и позволить теплу добраться до более тонких участков.

Получите деталь красивого оранжево-красного цвета. Если что-то из этого нужно запомнить, то вот оно: вишнево-красный — для термообработки, оранжево-красный — для отжига. Если вы не уверены в цвете стали при различных температурах, я сделал этот загружаемый ресурс:

Сюда также входят краски при более низких температурах, которые обычно используются для закалки.Распечатайте его и прикрепите к ящику с инструментами.

Имейте в виду, однако, что в зависимости от чернил вашего принтера, дисплея монитора и марки стали, она может не полностью соответствовать фактической температуре горячего металла. Это не идеально, но это достойное руководство для начала.

Еще один совет: старайтесь избегать отжига под прямыми солнечными лучами. Будет очень трудно судить о цвете стали, так что вы легко можете переварить ее. Делайте это в магазине или гараже, если можете.

Еще один способ проверить, что сталь достаточно горячая, это проверить ее с помощью магнита.Сталь теряет свой магнетизм, когда достигает «критической температуры». Так что разбейте старый телевизор или микроволновую печь ради одного из этих больших массивных магнитов во имя хорошего мастерства!

После того, как он потеряет свой магнетизм, пусть он продолжает немного светлеть, так как отжиг необходимо проводить примерно на 100 F выше критической температуры.

Хорошо и стабильно нагревайте металл и дайте ему достаточно времени, чтобы он стал горячим и в центре. Как только это красивый оранжево-красный цвет, теперь наступает сложная часть: замедление охлаждения.

Варианты медленного охлаждения

Воздушное охлаждение слишком быстрое для отжига, поэтому вам нужно помочь детали сохранить тепло после выключения горелки. Вот несколько способов сделать это:

Сухой песок или вермикулит

Это может быть эффективным способом дольше сохранять тепло детали.

Вермикулит — это то, что добавляют в почву, чтобы сделать растения счастливыми, а также это отличный изолятор. Песок также отлично сохраняет тепло. Стоит отметить, что это должен быть довольно чистый материал, вы не хотите, чтобы в миксе были какие-либо корни или грязь, если это вообще возможно.Хорошо подойдет строительный или игровой песок.

Не используйте влажный песок или вермикулит.

Влага + раскаленный докрасна металл = нежелательные результаты. По сути, он просто не будет удерживать тепло, деталь будет слишком быстро остывать, и отжиг придется делать заново. В Интернете также ходят истории о том, что вещи взрываются, когда есть влага. Я думаю, что это больше проблема больших камней/кирпичей, которые могут треснуть и взорваться, когда влага превратится в пар, но лучше перестраховаться и по возможности избегать взрывов.

Лучше просто полностью закопать металл, чтобы он действительно изолировался. Если вы делаете что-то размером с нож, оставьте его в 5-галлонном ведре. Это дешево и многоразово, так что не скупитесь.

Если вы ищете вермикулит, вы можете купить его на Amazon довольно дешево или поискать в местных магазинах для дома/сада.

Изолирующее одеяло

Это удобно, так как меньше шансов наделать беспорядка, и вы можете очень легко свернуть его и поставить обратно на полку.

Есть несколько различных типов, которые прекрасно работают. Вы можете получить одеяла для дымоходов и дровяных печей, которые действительно эффективны. Еще один хороший вариант — взять рулон изоляции из керамического волокна, который, как правило, будет довольно недорогим и прослужит вам некоторое время.

Трюк для охлаждения мелких деталей

Некоторые детали настолько малы, что медленное охлаждение практически невозможно, если только они не находятся в духовке. Вот один из способов обойти это:

Нагрейте большой кусок металла или два вместе с маленькой деталью, которую вы отжигаете.Когда вы поместите его в изоляцию, поместите больший горячий блок (блоки) в контакт с маленьким куском. Это будет держать его горячим достаточно долго, чтобы получить хорошее, медленное охлаждение для отжига. Это надежный способ заставить сталь охлаждаться в течение многих часов.

Идеальная скорость охлаждения для отжига стали составляет около 70 F в час, вплоть до примерно 500 F. Другими словами, охлаждение куска стали с 1500 F до 500 F в идеале должно занять около 14 часов. Фактические идеальные времена зависят от марки стали, но это хорошее эмпирическое правило.Многим парням нравится, чтобы это заняло 24 часа, но лично я считаю, что это немного ненужно, если только это не особый сорт стали.

Какие стали можно отжигать

Вообще говоря, чаще всего отжигают инструментальные стали. Вам нужно будет смягчить сталь, чтобы иметь возможность резать или гнуть ее.

Легированные стали

также могут быть полезны для отжига, но именно здесь вы должны узнать свои марки. В зависимости от сплава температура отжига может варьироваться 90 108 намного больше, чем вы ожидаете.

Все, что можно закалить, можно отжечь. Вы не увидите больших изменений в чем-то действительно низкоуглеродистом, например, в мягкой стали 1018. Однако в чем-то вроде 4140 результаты могут быть очень заметными.

Как определить, с каким материалом вы работаете

Это сложная часть. В идеале вы покупаете металл у поставщика, и он может сказать вам точную марку и температуру термообработки.

Однако в реальной жизни так бывает не всегда.

Вот где отжиг в газовой горелке действительно эффективен. Просто нагрейте его до оранжево-красного цвета, медленно охладите и не беспокойтесь об этом. В противном случае очень полезно знать, какие виды стали являются общими для различных применений.

Google тоже твой друг. Просто попробуйте поискать что-то вроде «из какой марки стали сделано ____» и посмотрите, что выпадет.

Вот несколько советов по распространенным загадочным металлам:

Валы Для легких валов обычно используется мягкая сталь, не требующая отжига.Валы для тяжелых условий эксплуатации часто изготавливаются из стали 4140. Отжиг при 1600 F.
Пружины Листовые рессоры и пружины транспортных средств обычно изготавливаются из стали марки 5160 или аналогичной. Однако не всегда. Для 5160 отожгите его при 1450 F.
Арматура Ваше предположение так же хорошо, как и мое. Арматура делается из любого доступного металлолома, и она тоже не очень стабильна. У вас может быть один конец стержня из очень мягкой мягкой стали, а другой конец того же стержня – полностью твердый.Просто отожгите его на глаз и надейтесь на лучшее. Если вы хотите узнать больше о арматуре, ознакомьтесь с этой статьей о том, из чего она сделана.
Рельсовый шип/гусеница Опять же, не всегда наиболее последовательный с точки зрения состава. Обычно гусеницы лучше поддаются термообработке, чем шипы. Довольно часто это будет что-то похожее на A36, который можно отжигать при температуре около 1550-1600 F. Ознакомьтесь с этой статьей для шипов и этой статьей для дорожек, чтобы узнать больше о распространенных композициях.
Конструкционная сталь (двутавровые балки, швеллер и т. д.) Наиболее распространенной конструкционной сталью является A36, хотя существуют и другие варианты. Это более последовательно используется для тяжелых материалов, таких как промышленное строительство. Для мелочей это все еще может быть A36, или это может быть что-то еще. Отжиг при 1550-1600 F.

Связанные вопросы

В чем разница между отжигом и отпуском?

Отжиг полностью размягчает металл, делая его ковким, тогда как отпуск просто уменьшает хрупкость металла.Отжиг производится при высоких температурах, обычно около 1500 F для сталей. Отпуск проводится при низких температурах, обычно до примерно 500 F. Обычно отпуск проводится после процесса закалки, чтобы снять внутренние напряжения и предотвратить катастрофические разрушения в будущем.

В чем разница между отжигом и нормализацией?

Отжиг — это очень медленный контролируемый процесс охлаждения, в то время как нормализация охлаждается гораздо быстрее на открытом воздухе. Нормализация в первую очередь проводится для снижения внутренних напряжений и придания более однородной структуре зерна.Нормализованная сталь обычно частично твердая, а не полностью мягкая, как отожженная сталь.

Нормализация также значительно дешевле, так как детали охлаждаются на открытом воздухе, а не в дорогой печи, что замедляет производство.

Можно ли отжигать другие металлы, например медь?

Медь можно отжигать, хотя процесс несколько отличается. Температура отжига меди обычно составляет 700 F или светящийся красный цвет. Основное отличие состоит в том, что отжиг меди не требует медленного охлаждения; на самом деле, быстрое закаливание водой, скорее всего, даст наилучшие результаты.

Другие металлы могут подвергаться отжигу в зависимости от сорта и типа. С помощью этого процесса можно смягчить латунь, серебро и некоторые сорта алюминия.

Отжиг металлов

Отжиг металлов

НАЖМИТЕ ЗДЕСЬ, ЧТОБЫ ПОЛУЧИТЬ ИНДЕКСНУЮ СТРАНИЦУ

ОТЖИГ МЕТАЛЛОВ

В. Райан 2005 – 2009

 

PDF-ФАЙЛ – НАЖМИТЕ ЗДЕСЬ, ЧТОБЫ РАБОТЫ ДЛЯ ПЕЧАТИ

Отжиг – это тепловой процесс, при котором металл нагревается до определенной температуры/цвета, а затем дают медленно остыть.Этот смягчает металл, что означает, что его легче резать и формировать. Незначительный стали, нагревают до красного каления и дают медленно остыть. Тем не мение, металлы, такие как алюминий, плавятся при слишком долгом нагревании.

Алюминий можно отжигать, но нужно соблюдать осторожность при нагреве. Пламя следует держать на расстоянии от алюминия. так что это дает общий нагрев металла.
Хитрость заключается в том, чтобы натереть мылом поверхность алюминия. а затем нагрейте его на печи для пайки. Требуется лишь короткое время для мыло почернело. Паяльная горелка должна быть выключена. немедленно и алюминию дали медленно остыть. Сейчас он отожжен и должен быть очень мягким и податливым.

ФИЗИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА: отожженные металлы относительно мягкие и их можно резать. и форма легче.Они легко гнутся при надавливании. Как правило, их нагревают и дают им медленно остыть.

На приведенной выше анимации показано, что отожженный металл обычно мягче и легче деформируется, чем металлы, которые не отожженный.

ФИЗИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА: Закаленные металлы трудно резать и формировать. Они их очень трудно, если вообще возможно, согнуть.Как правило, они нагреваются. и очень быстро охлаждали путем закалки в чистой холодной воде.

Анимация выше показывает, что металлы, которые не были отожжены, очень сложно деформировать.

 

ВОПРОСЫ:
1. Опишите с помощью диаграммы, процесс закалки и отпуска мягкой стали.
2. Что такое цементация?
3. Опишите, почему необходимо втирайте мыло в поверхность алюминиевого листа при отжиге.

НАЖМИТЕ ЗДЕСЬ ДЛЯ ОБОРУДОВАНИЯ И УКАЗАТЕЛЬ ПРОЦЕССОВ СТРАНИЦА

 

отжиг_(металлургия)

Отжиг , в металлургии и материаловедении, представляет собой термическую обработку, при которой материал изменяется, вызывая изменения его свойств, таких как прочность и твердость.Это процесс, который создает условия путем нагревания и поддержания подходящей температуры, а затем охлаждения. Отжиг используется для придания мягкости, снятия внутренних напряжений, уточнения структуры и улучшения свойств холодной обработки.

В случае меди, стали и латуни этот процесс выполняется путем существенного нагревания материала (обычно до свечения) в течение некоторого времени и медленного охлаждения. Таким образом, металл размягчается и подготавливается к дальнейшей обработке, такой как формовка, штамповка или формовка.

Дополнительные рекомендуемые знания

Стадии отжига

Процесс отжига состоит из трех стадий, первой из которых является фаза восстановления, которая приводит к размягчению металла за счет удаления кристаллических дефектов (основным типом которых является линейный дефект, называемый дислокацией) и внутренних напряжений, которые они вызывают. причина.Вторая фаза — рекристаллизация, когда зарождаются и растут новые зерна, замещающие деформированные внутренними напряжениями. Если продолжить отжиг после завершения рекристаллизации, произойдет рост зерен, при котором микроструктура начнет укрупняться, что может привести к тому, что механические свойства металла будут ниже удовлетворительных.

Отжиг в контролируемой атмосфере

Низкая температура отжига (около 50 °F выше линии C3) может привести к окислению поверхности металла, что приведет к образованию окалины.Если необходимо избежать накипи, отжиг проводят в атмосфере, не содержащей кислорода, углерода и азота (во избежание окисления, науглероживания и азотирования соответственно), такой как эндотермический газ (смесь монооксида углерода, газообразного водорода и азот).

Магнитные свойства мю-металла (сердечники Эспея) придаются отжигом сплава в атмосфере водорода.

Диффузионный отжиг полупроводников

В полупроводниковой промышленности кремниевые пластины отжигают, так что атомы примеси, обычно бора, фосфора или мышьяка, могут быть включены в позиции замещения в кристаллической решетке, что приводит к резким изменениям электрических свойств полупроводникового материала.

Термодинамика отжига

Отжиг происходит путем диффузии атомов внутри твердого материала, так что материал приближается к своему равновесному состоянию. Тепло необходимо для увеличения скорости диффузии, обеспечивая энергию, необходимую для разрыва связей. Движение атомов приводит к перераспределению и разрушению дислокаций в металлах и (в меньшей степени) в керамике. Это изменение дислокаций позволяет металлам легче реформироваться, что увеличивает их пластичность.

Количество инициирующей процесс свободной энергии Гиббса в деформированном металле также уменьшается в процессе отжига. На практике и в промышленности такое уменьшение свободной энергии Гиббса называют «снятием стресса».

Снятие внутренних напряжений является термодинамически самопроизвольным процессом; однако при комнатной температуре это очень медленный процесс. Ускорению этого процесса служат высокие температуры, при которых происходит процесс отжига.

Реакция, способствующая возвращению нагартованного металла в его свободное от напряжений состояние, имеет множество путей реакции, в основном связанных с устранением градиентов решеточных вакансий в теле металла.Создание решеточных вакансий регулируется уравнением Аррениуса, а миграция/диффузия решеточных вакансий регулируется законами диффузии Фика.

Механические свойства, такие как твердость и пластичность, изменяются по мере устранения дислокаций и изменения кристаллической решетки металла. При нагревании при определенной температуре и охлаждении атом может оказаться в правильном узле решетки, а рост новых зерен может улучшить механические свойства.

Специализированные циклы отжига

Нормализация

Нормализация — это процесс отжига, при котором металл охлаждается на воздухе после нагрева.

Этот процесс обычно ограничивается закалкой стали. Он используется для измельчения зерен, деформированных в результате холодной обработки, и может улучшить пластичность и ударную вязкость стали. Он включает в себя нагрев стали чуть выше ее верхней критической точки. Его замачивают на короткое время, а затем дают остыть на воздухе. Образуются мелкие зерна, которые дают гораздо более твердый и прочный металл с нормальной прочностью на растяжение, а не с максимальной мягкостью, достигаемой при отжиге.

Полный отжиг

Полный отжиг обычно приводит к самому мягкому состоянию, которое может принять металл.Чтобы выполнить полный отжиг, металл нагревают до точки отжига и выдерживают в течение некоторого времени, чтобы материал полностью аустенизировался. Затем материалу дают медленно остыть, чтобы получить равновесную микроструктуру. В некоторых случаях это означает, что материал охлаждается на воздухе. В других случаях материалу дают остыть в печи. Детали процесса зависят от типа металла и конкретного сплава. В любом случае в результате получается более пластичный материал, который имеет большее удлинение и уменьшение площади, но более низкий предел текучести и предел прочности при растяжении.Этот процесс также называется отжигом LP для пластинчатого перлита в сталелитейной промышленности, в отличие от технологического отжига, который не заботится о микроструктуре и имеет целью только размягчение материала. Часто отожженный материал подвергается механической обработке, после чего следует дальнейшая термообработка для получения желаемых конечных свойств.

См. также

Узнайте об отжиге в металлургии

Отжиг в металлургии и материаловедении – это термическая обработка , которая изменяет физические свойства (а иногда и химические свойства) материала, чтобы повысить его пластичность (способность формироваться без разрушения) и уменьшить его твердость.

При отжиге атомы мигрируют в кристаллической решетке, и количество дислокаций уменьшается, что приводит к изменению пластичности и твердости. Этот процесс делает его более работоспособным. С научной точки зрения, отжиг используется для приближения металла к его равновесному состоянию (когда в металле нет действующих друг на друга напряжений).

Отжиг вызывает изменение фазы

В нагретом, мягком состоянии однородная микроструктура металла обеспечивает превосходную пластичность и обрабатываемость.Чтобы выполнить полный отжиг черных металлов, материал должен нагреваться выше его верхней критической температуры достаточно долго, чтобы полностью преобразовать микроструктуру в аустенит (более высокотемпературная форма железа, которая может поглощать больше углерода).

Затем металл необходимо медленно охладить, обычно позволяя ему остыть в печи, чтобы обеспечить максимальное фазовое превращение феррита и перлита.

Отжиг и холодная обработка

Отжиг обычно используется для смягчения металла при холодной обработке, улучшения обрабатываемости и повышения электропроводности.Одним из основных применений отжига является восстановление пластичности металла.

Во время холодной обработки металл может затвердеть до такой степени, что дальнейшая работа приведет к растрескиванию. За счет предварительного отжига металла можно проводить холодную обработку без риска разрушения. Это связано с тем, что отжиг снимает механические напряжения, возникающие при механической обработке или шлифовке.

Процесс отжига

Для процесса отжига используются большие печи. Внутренняя часть печи должна быть достаточно большой, чтобы воздух мог циркулировать вокруг куска металла.Для крупных заготовок используются конвейерные печи с газовым обогревом, в то время как печи с выдвижным подом более практичны для более мелких заготовок металла. В процессе отжига металл нагревается до определенной температуры, при которой может произойти рекристаллизация.

На этом этапе любые дефекты, вызванные деформацией металла, могут быть отремонтированы. Металл выдерживают при температуре в течение фиксированного периода времени, а затем охлаждают до комнатной температуры. Процесс охлаждения должен выполняться очень медленно, чтобы получить рафинированную микроструктуру.

Это делается для максимальной мягкости, обычно путем погружения горячего материала в песок, золу или другое вещество с низкой теплопроводностью. В качестве альтернативы это можно сделать, выключив печь и дав металлу остыть вместе с печью.

Обработка латуни, серебра и меди

Другие металлы, такие как латунь, серебро и медь, могут быть полностью отожжены с помощью того же процесса, но могут быть быстро охлаждены, даже закалены водой, чтобы завершить цикл. В этих случаях процесс выполняется путем нагревания материала (обычно до свечения) в течение некоторого времени, а затем медленного охлаждения до комнатной температуры в неподвижном воздухе.

Таким образом, металл размягчается и подготавливается к дальнейшей обработке, например формовке, штамповке или формовке. Другие формы отжига включают технологический отжиг, нормализацию и отжиг для снятия напряжения.

Процесс термической обработки отжигом, часть 1

Говорим ли мы о стали или некоторых других видах металла, часто возникает желание изменить механические свойства в ходе проекта. Металлы изначально обладают определенными свойствами, основанными на их составе, но многие из них могут быть изменены в той или иной степени, и одним из наиболее распространенных процессов здесь является термообработка.

В Wasatch Steel наши стальные услуги включают различные форматы обработки, чтобы помочь вам получить именно те свойства и области применения, которые вам требуются от нашей стали. Один из форматов термообработки, который регулярно используется, называется отжигом и имеет несколько конкретных целей и процессов. В первой части этого блога, состоящего из двух частей, мы рассмотрим все основы, которые вам нужно знать об отжиге, когда вы покупаете сталь на заказ у нас.

Основы отжига

Основной целью процесса термообработки отжигом является повышение пластичности данного металла при одновременном снижении его твердости.По сути, вы пытаетесь сделать его немного более податливым, при этом жертвуя небольшим количеством силы.

При отжиге в кристаллической структуре обрабатываемого металла уменьшаются дислокации, что и приводит к таким изменениям твердости и пластичности. Этот процесс часто завершается после уже выполненной закалки или холодной обработки с целью предотвращения хрупкого разрушения или улучшения формуемости для будущих процессов.

Почему это сделано?

По каким причинам вы хотели бы повысить пластичность и снизить уровень твердости вашего металла? Есть несколько:

  • Улучшение обрабатываемости: проблемы с износом связаны не только с металлами, которые обрабатываются в данном проекте, но и с используемыми инструментами.Например, если ваш металл слишком хрупкий, частым результатом является износ инструмента. Меньшая твердость металла в процессе отжига снижает этот риск.
  • Повышение формуемости: еще одно качество более твердых и хрупких металлов — проблемы с их изгибом или прессованием без разрушения материалов и создания серьезных проблем. Однако с помощью отжига вы можете упростить достижение таких изменений формы.
  • Удаление остаточного напряжения: Остаточные напряжения являются результатом различных изменений формы и могут создавать трещины или другие проблемы в металле.Отжиг изначально снижает риск возникновения этих напряжений.

Используемые металлы

Единственное основное требование для того, может ли металл подвергаться отжигу или нет, заключается в том, может ли он вообще быть изменен с помощью термической обработки. Под эту классификацию подпадает большинство типов стали, а также большинство типов железа и чугуна. В других типах металлов немного больше вариаций, но вы можете найти формы алюминия, меди, латуни и других металлов, которые хорошо подходят для процесса отжига.

Чтобы узнать больше об отжиге, узнать о наших услугах по обработке стали или купить сталь через Интернет, обратитесь к профессионалам Wasatch Steel сегодня.

Полный отжиг – обзор

12.10.3 Типичные виды термической обработки и обработки аустенита

Обсуждаются обычные виды термической обработки, такие как полный отжиг, сфероидизация, нормализация, межкритический отжиг, гомогенизация и закалка. Существует множество доступных ресурсов, которые более подробно освещают различные процессы или дают конкретные термические циклы для данного состава стали ( 2 18 ), но здесь кратко изложены основы этих термических обработок.

Цель полного отжига состоит в том, чтобы стереть предыдущую микроструктуру при комнатной температуре и смягчить ранее подвергнутый деформационному упрочнению материал, как правило, для облегчения последующей деформационной обработки или механической обработки. Полный отжиг предполагается, когда термин «отжиг» используется без прекурсоров. Чтобы полностью отжечь доэвтектоидную сталь, ее необходимо подвергнуть термической обработке до температуры чуть выше Ae 3 . Например, сталь 1015 (0,15 мас.% углерода) будет отожжена при 900 °C, тогда как сталь 1045 (0,15 % углерода).45 мас.% углерода) отжигали бы при 845°C, так как температура превращения Ae 3 снижается с увеличением содержания углерода ( 13 ). Материал выдерживают при температуре отжига, обычно в течение 1 часа, а затем медленно охлаждают в печи. Этот отжиг дает грубую феррито-перлитную микроструктуру и самую низкую прочность для данного сплава, что наиболее полезно для последующих процессов холодной деформации.

Для заэвтектоидных составов отжиг проводят выше температуры Ae 1 , поскольку предпочтительной микроструктурой для последующей термообработки или механической обработки являются феррит и сфероидизированные карбиды.Например, 52100 отжигают при 790 °C, а затем материал необходимо очень медленно охлаждать, чтобы позволить аустениту превратиться в феррит, избежать других превращений и позволить карбидам укрупняться (диффузия углерода в карбиды). Этот тип отжига называется сфероидизирующим отжигом. При необходимости дополнительной сфероидизации карбидов для обрабатываемости или деформационной обработки последующие обработки проводят чуть ниже нижней критической температуры, которая применяется для средне- и высокоуглеродистых сталей.Сфероидизация может занять много часов, но она может быть единственным способом эффективной обработки средне- и высокоуглеродистых сталей, которые могут иметь высокую прочность даже с крупной перлитной микроструктурой. Для заэвтектоидных сталей циклирование выше и ниже нижней критической температуры также использовалось для улучшения микроструктуры ( 22 ).

Как доэвтектоидные, так и заэвтектоидные стали могут быть нормализованы, процесс, который используется для устранения сильно накрученной микроструктуры или последствий горячей ковки.Нормализация создает мелкий, равноосный размер аустенитного зерна и последующую мелкую микроструктурную шкалу при комнатной температуре, которую легче обрабатывать или термообрабатывать, что приводит к повышению ударной вязкости. Нормализация включает нагрев до температур выше верхней критической температуры, что позволяет завершить образование аустенита, и охлаждение на воздухе. Несколько более высокие температуры аустенизации и более высокая скорость охлаждения являются основными различиями между нормализацией и полным отжигом, и они приводят к мелкому, равноосному размеру зерна при комнатной температуре.Следует отметить, что нормализация часто применяется к деталям, выкованным при очень высоких температурах, когда размер аустенитного зерна может быть очень крупным. Кинетика роста аустенитных зерен увеличивается с температурой, и быстрый рост зерен происходит при температуре выше приблизительно 1050 °C даже в спокойной стали с мелкими выделениями AlN (рис. 3(a) и 3(b)) ( 17 , 18 ). Эти выделения контролируют рост аустенитного зерна до тех пор, пока не будет достигнута температура растворения, которая совпадает с температурой роста зерна (рис. 3(с)) ( 3 ).Поскольку для ковки могут потребоваться очень высокие температуры, последующая нормализующая обработка используется для уменьшения размера аустенитных зерен и ферритно-перлитной микроструктуры при комнатной температуре.

Рис. 3. Рост зерен аустенита в стали Ст 15 (а) и Ст 45 (б) в зависимости от скорости нагрева и максимальной температуры. Содержание алюминия и азота в стали СК 15 составляет 0,006 и 0,0037 соответственно (полуспокойная). Содержание алюминия и азота в стали СК 45 составляет 0,014 и 0,0115 соответственно (спокойная).Воспроизведено из Orlich, J.; Роуз, А .; Wiest, P. Atlas zur Wärmebehandlung der Stähle, полоса 3; Verlag Stahleisen MBH: Düsseldorf, Germany, 1973 и Orlich, J.; Петрценюк, Х.-Ю. Atlas zur Wärmebehandlung der Stähle, полоса 4; Verlag Stahleisen MBH: Düsseldorf, Germany, 1976. (c) Обобщенный размер аустенитного зерна в зависимости от температуры при низких скоростях нагрева, показывающий температуру укрупнения зерна для мелкозернистой спокойной стали (около 1050 °C), что указывает на температура растворения выделений AlN и постепенный рост аустенитного зерна в крупнозернистых сталях.

Воспроизведено из Krauss, G. Обработка стали, структура и характеристики ; ASM International: Materials Park, OH, 2005.

Как упоминалось в этой главе, межкритические отжиги могут использоваться для создания микроструктур с фиксированными объемными долями феррита и аустенита, что приводит к контролируемым объемным долям феррита и мартенсита и/или бейнита. Межкритически отожженные стали обычно закаливают в двухфазном поле, и закалка обычно является окончательной термической обработкой перед тем, как сталь будет введена в эксплуатацию.Эта практика приводит к продуктам с превосходным сочетанием прочности и пластичности и используется, например, для производства двухфазной (DP) стали. По этой причине межкритический отжиг является чрезвычайно важным процессом при производстве низкоуглеродистых листов из высокоуглеродистой стали, и необходимы знания о точной фазовой стабильности и контроле содержания сплава.

Гомогенизирующая термообработка используется для уменьшения сегрегации элементов, возникающей при разливке сталей. Стали затвердевают за счет роста дендритных кристаллов, которые отбрасывают легирующие и примесные элементы в жидкость в соответствии с требованиями равновесной растворимости фаз, что приводит к явлению междендритной сегрегации ( 3 ), которая вызывает как макро-, так и микросегрегацию.Макросегрегация относится к постепенным изменениям среднего состава на больших расстояниях (от сантиметров до метров) по мере затвердевания, и для ее стирания может потребоваться чрезвычайно длительное время (дни) при высоких температурах, что обычно не является практическим средством при промышленной обработке. Микросегрегация относится к локальным градиентам концентрации, которые являются продуктом затвердевания и охватывают расстояния в миллиметры или меньше. Распространенным примером является ликвация дендритов, которая приводит к полосчатой ​​микроструктуре в прокатанном материале.Пример стали с микроструктурными полосами показан на рисунке 4 ( 21 ); это происходит в результате сегрегации хрома в горячекатаной стали 52100. Масштаб полосчатости составляет порядка 50 микрон и варьирует от 1,2 до 2,0 мас.% хрома. Очевидно, что этот тип изменения состава может повлиять на локальную стабильность фаз, как показано расчетными равновесными фракциями фаз на рисунке 4. Устранение этого типа сегрегации по-прежнему требует длительного времени термообработки при высоких температурах. На основании рисунка 5 ( 21 , 23 ) хром может диффундировать на 10 микрон за 1000 с при 1200 °C, поэтому устранение этой сегрегации займет не менее 5000 с (примерно 1,5 секунды).5 ч), что было бы нежелательно, так как также сильно увеличило бы размер аустенитного зерна. Однако было показано, что реальное время гомогенизации занимает больше времени, чем предсказывают оценки диффузии, в первую очередь из-за уменьшения движущей силы по мере уменьшения сегрегации. В простых углеродистых сталях полосы марганца часто обнаруживаются в горячекатаных сталях, и исследование ( 24 ), посвященное изучению времени гомогенизации, необходимого для удаления 95% сегрегации марганца в горячекатаной стали 4145, показало, что 100 ч при 1200 °С необходимы.Химически связанные микроструктуры вызывают особую озабоченность при рассмотрении компонентов с поверхностным упрочнением, подвергнутых термической обработке с использованием методов с высокой скоростью нагрева (индукционная или пламенная закалка), или термообработок, в которых используется межкритический отжиг и локальный контроль фазовой стабильности для создания сложных окончательных микроструктур, таких как как для AHSS ( 1 , 25 27 ).

Рис. 4. (a) Оптическая микрофотография сфероидизированной стали 52100, показывающая микроструктурное сглаживание, параллельное направлению прокатки (стрелка), травление ниталом.(b) Результаты микрозонда изменения концентрации хрома в стали, изображенной на (а), более 300 мкм. Равновесное содержание фаз во время (c) растворения феррита в аустените и (d) карбида на основе расчетной фазовой стабильности с изменениями содержания хрома, эквивалентными тем, которые были измерены при анализе с помощью микрозонда в (b). Расчеты в программе ThermoCalc.

Воспроизведено из Clarke, K.D. Влияние скорости нагрева и масштаба микроструктуры на образование аустенита, гомогенизацию аустенита и микроструктуру после закалки в трех сталях, подвергаемых индукционной закалке.Кандидат наук. Thesis, Colorado School of Mines: Golden, CO, 2008.

Рис. 5. Диффузионное расстояние в аустените в изотермических выдержках для указанного времени, оцененное по формуле L = 2√ Dt , где L представляет собой диффузионное расстояние в сантиметрах , D — коэффициент диффузии диффундирующих частиц в аустените (см 2 с 1 ), t — время в секундах.

Воспроизведено из Clarke, K.D. Влияние скорости нагрева и масштаба микроструктуры на образование аустенита, гомогенизацию аустенита и микроструктуру после закалки в трех сталях, подвергаемых индукционной закалке.Кандидат наук. Диссертация Колорадской горной школы: Golden, CO, 2008. Коэффициенты диффузии из: Shewmon, P. Diffusion in Solids , 2-е изд.; TMS: Warrendale, PA, 1989.

Упрочняющая термообработка сталей используется для создания мартенситной или, возможно, бейнитной микроструктуры, и она требует быстрой скорости охлаждения аустенита, чтобы избежать превращения в перлит. На рис. 6 ( 10 ) показана диаграмма непрерывного охлаждения стали, содержащей 0,45 мас.% углерода. Чтобы избежать образования перлита, необходима очень высокая скорость закалки от температуры аустенизации, при этом температура материала должна охлаждаться ниже 500 °C в течение нескольких секунд.Для этого сплава прокаливаемость достаточно низкая (т. е. требуемая скорость закалки очень высока), поэтому трудно достичь желаемой скорости закалки для получения полностью мартенситной микроструктуры.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *