Отжиг стали в домашних условиях

6 Термическая обработка стали

6

Термическая обработка стали

Классификация видов термообработки стали. Виды термической обработки стали (отжиг, отпуск, закалка).

Термическаяобработка (термообработка) стали—процесс изменения структуры стали,цветных металлов, сплавов при нагреваниии последующем охлаждении с определеннойскоростью.Термическаяобработка (термообработка) приводит ксущественным изменениям свойств стали,цветных металлов, сплавов. Химическийсостав металла не изменяется.

Отжиг

Отжиг —термическая обработка (термообработка)металла, при которой производитсянагревание металла, а затем медленноеохлаждение. Эта термообработка (т. е.отжиг) бывает разных видов (вид отжигазависит от температуры нагрева, скоростиохлаждения металла).

Закалка

Закалка —термическая обработка (термообработка)стали, сплавов, основанная наперекристаллизации стали (сплавов) принагреве до температуры выше критической;после достаточной выдержки при критическойтемпературе для завершения термическойобработки следует быстрое охлаждение.Закаленная сталь (сплав) имеет неравновеснуюструктуру, поэтому применим другой видтермообработки — отпуск.

Отпуск

Отпуск —термическая обработка (термообработка)стали, сплавов, проводимая после закалкидля уменьшения или снятия остаточныхнапряжений в стали и сплавах, повышающаявязкость, уменьшающая твердость ихрупкость металла.

Нормализация

Нормализация —термическая обработка (термообработка),схожая с отжигом. Различия этихтермообработок (нормализации и отжига)состоит в том, что при нормализациисталь охлаждается на воздухе (при отжиге— в печи).

Средиосновных видов термической обработкиследует отметить:

• Отжиг (гомогенизация и нормализация). Целью является получение однородной зёренной микроструктуры и растворение включений. Последующее охлаждение является медленным, препятствующим образованию неравновесных структур типа мартенсита.
• Закалку проводят с повышенной скоростью охлаждения с целью получения неравновесных структур типа мартенсита. Критическая скорость охлаждения, необходимая для закалки зависит от материала.
• Отпуск необходим для снятия внутренних напряжений, внесённых при закалке. Материал становится более пластичным при некотором уменьшении прочности.
• Дисперсионное твердение (старение). После проведения отжига проводится нагрев на более низкую температуру с целью выделения частиц упрочняющей фазы. Иногда проводится ступенчатое старение при нескольких температурах с целью выделения нескольких видов упрочняющих частиц.

Термическаяобработка металлов разделяетсяна обработку черных металлов и цветных.Ниже пойдет речь конкретно обвидах термическойобработке стали.Также можете ознакомится с термическойобработкой цветных металлов.

Обжигание —нагревание стального изделия дотемпературы 840—900 °С, выдержка при этойтемпературе не меньше 2 ч и охлаждениевместе с печью. Этот метод применяютпри изготовлении из закаленного изделиядругого или же когда предыдущий закалбыл неудачный и инструмент нужно сновазакалить.

Если закаливать необожженныедетали, то в них могут возникнуть трещины,структура металла станет неоднородной,что резко ухудшает качество изделия.Мелкиедетали отжигают, нагревая на массивныхнакаленных стальных штабах, с которымиих охлаждают.

Иногда изделие нагреваютацетиленовой горелкой, которую постепенноотдаляют от изделия, чтобы изделиепостепенно остыло.

Нормализация –это нагревание стальных изделий ксоответствующей температуре и охлаждениюна воздухе.

Закаливание –нагревание углеродных или некоторыхлегированных сталей к определеннойтемпературе и быстрое ее охлаждение. Врезультате этого изменяется кристаллическаяструктура металла – он становитсятвердее и более антикоррозийным.Мало-углеродные стали с содержимымуглерода до 0,3 % не закаливаются. Взависимости от марки сталь нагреваютдо определенной температуре.

Так, сталиУ7, У7А нагревают до 770—790 °С; У8-У13А — до760—780; Р9-Р18 К5-Ф2 – до 1235—1280 °С. Принагревании выше этой температуры стальтеряет свои свойства «Пережиг» —непоправимый брак. Это также касаетсяотжига и отпускания.

Цвет.Температура, °СТемно-коричневый……….530-580Коричнево-красный……..580-650Темно-красный……………650-730Темно-вишневый…………730-770Вишнево-красный………..770-800Светло-вишневый……….800-830Светло-красный …………830-900Оранжевый………………..900-1050Темно-желтый…………..1050-1150Светло-желтый………….1150-1250Светло-белый …………….1250-1350

Мелкиеизделия, для того чтоб не пережечь, лучшенагревать на предварительно нагретойметаллической подставке (например,штабе). Температура нагревания равнотемпературе нагревания изделия. Быстроеохлаждение приводит к твердому закалу,вследствие чего могут возникнуть большиевнутренние напряжения и даже трещины.

Медленное охлаждение может не датьнужного по твердости закала Охлаждающимисредами могут быть вода (обычнойтемпературы или нагретая до температуре50-50 °С), водные растворы, масло и воздух.Кухонная соль, едкий натр или селитра,которые добавляют к охладителям, ускоряютохлаждение.

Для уменьшения скоростиохлаждения к воде добавляют раствормыла, масляную эмульсию, жидкое стекло,известковое молоко и т.п.. Чрезмернобыстрое охлаждение водой часто приводитк дефектам изделия (внутренние напряжения,трещины, деформация), а повышениетемпературы воды уменьшает ее закальныесвойства.

Поэтому при последовательномзакале нескольких деталей, чтобы ониимели одинаковую закалку, воду частозаменяют или используют большойсосуд.Равномерно и довольнобыстро сталь охлаждаетсяв 8-12 %-ном водном растворе кухонной солиили едкого натра при температуре 20 °С.

Некоторые стали для лучшего закалаохлаждают в 30 %-ном растворе едкогонатра. Как охлаждающую среду можноприменять расплавленные соли калиевойили натриевой селитры. Нагревание маслак 60-90 °С не уменьшает скорости охлаждения,т.е. не влияет на его закаливальныесвойства.

Охлаждающей средой для сталейможет быть воздух (для тонких деталей)или воздух под давлением (от вентилятора,компрессора). Некоторые плоские детали(ножи) из нержавеющий стали охлаждаютмежду двумя металлическими штабами.

Отпускание —нагревание деталей к определеннойтемпературе, выдерживанию при этойтемпературе и быстрое охлаждение. Егоприменяют после охлаждения детали впроцессе закаливания, чтобы уменьшитьхрупкость и частично твердость.

Температурунагревания при отпускании определяютспециальным термометром, а если егонет, то за цветами побежалости, т.е.цветами окислительной пленки, котораявозникает на зачищенной поверхностиизделия во время нагревания:

Цвет.Температура, °ССветло-соломенный……..200Светло-желтый ……………225Соломенно-желтый……..240Коричнево-желтый………255Красно-коричневый……..265Пурпурно-красный ………275Фиолетовый………………..285Синий …………………………295Светло-синий……………..315Серый (морская вода) ….330

Послепоявления желательного цвета в процессенагревания, деталь охлаждают. Улегированных сталей цвета побежалостипоявляются при температурах на 12-17 °Сниже от приведенных.

Можно отпускание соединить с охлаждением.Для этого нагретый рабочий конецинструмента погружают во время закаливанияна 20-25 мм в воду и держат, пока металл непотемнеет. Потом инструмент вынимаютиз воды, быстро очищают от охлажденнойчасти окалину напильником или кускомшлифовального круга.

Как только появится,нужен цвет побежалости, инструментпогружают в воду сначала наполовину, апотом полностью и держат до охлаждения.

Источник: https://StudFiles.net/preview/1730219/

Термическая обработка стали, закалка, отпуск и отжиг, технологии применяемые при изготовлении ножей

Термическая обработка стальных деталей проводится в тех случаях, когда необходимо либо повысить прочность, твердость, износоустойчивость или упругость детали или инструмента, либо наоборот, сделать металл более мягким, легче поддающимся механической обработке. В зависимости от температур нагрева и способа последующего охлаждения различают следующие виды термической обработки : закалка, отпуск и отжиг. 

В любительской практике для определения температуры раскаленной детали по цвету можно использовать приведенную таблицу.

Закалка стальных деталей при изготовлении ножей

Закалка придает стальной детали большую твердость и износоустойчивость. Для этого деталь нагревают до определенной температуры, выдерживают некоторое время, чтобы весь объем материала прогрелся, а затем быстро охлаждают в масле (конструкционные и инструментальные стали) или воде (углеродистые стали).

Обычно детали из конструкционных сталей нагревают до 880-900 градусов (цвет каления светло-красный). Из инструментальных — до 750-760 градусов (цвет темно-вишнево-красный).

Из нержавеющей стали — до 1050-1100 градусов (цвет темно-желтый). Нагревают детали вначале медленно (примерно до 500 градусов), а затем быстро.

В ремонтной практике применяют в основном охлаждение в одной среде (масле или воде), оставляя в ней деталь до полного остывания. Однако этот способ охлаждения непригоден для деталей сложной формы, в которых при таком охлаждении возникают большие внутренние напряжения.

Детали сложной формы сначала охлаждают в воде до 300-400 градусов, а затем быстро переносят в масло, где и оставляют до полного охлаждения. Время пребывания детали в воде определяют из расчета: 1 секунда на каждые 5-6 метров сечения детали. В каждом отдельном случае это время подбирают опытным путем в зависимости от формы и массы детали.

Качество закалки в значительной степени зависит от количества охлаждающей жидкости.

Важно, чтобы в процессе охлаждения детали температура охлаждающей жидкости оставалась почти неизменной, а для этого масса ее должна быть в 30-50 раз больше массы закаливаемой детали.

Кроме того, перед погружением раскаленной детали жидкость необходимо тщательно перемешать, чтобы выровнять ее температуру по всему объему.

В процессе охлаждения вокруг детали образуется слой газов, который затрудняет теплообмен между деталью и охлаждающей жидкостью. Для более интенсивного охлаждения деталь необходимо постоянно перемещать в жидкости во всех направлениях.

Закалка небольших деталей из малоуглеродистых сталей

Небольшие детали из малоуглеродистых сталей (марки «30», «35», «40») слегка разогревают, посыпают железосинеродистым калием (желтая кровяная соль) и вновь помещают в огонь. Как только обсыпка расплавится, деталь опускают в охлаждающую среду. Железосинеродистый калий расплавляется при температуре около 850 градусов, что соответствует температуре закалки этих марок стали.

Отпуск закаленных деталей при изготовлении ножей

Отпуск закаленных деталей уменьшает их хрупкость, повышает вязкость и снимает внутренние напряжения. В зависимости от температуры нагрева различают низкий, средний и высокий отпуск.

Низкий отпуск применяют главным образом при обработке измерительного и режущего инструмента.

Закаленную деталь нагревают до температуры 150-250 градусов (цвет побежалости — светло-желтый), выдерживают при этой температуре, а затем охлаждают на воздухе.

Средний отпуск применяют в тех случаях, когда хотят придать детали пружинящие свойства и достаточно высокую прочность при средней твердости. Для этого деталь нагревают до 300-500 градусов и затем медленно охлаждают. И наконец, высокому отпуску подвергают детали, у которых необходимо полностью снять все внутренние напряжения. В этом случае температура нагрева еще выше — 500-600 градусов.

Термообработку (закалку и отпуск) деталей простой формы (валики, оси, зубила, кернеры) часто делают за один раз. Нагретую до высокой температуры деталь опускают на некоторое время в охлаждающую жидкость, затем вынимают. Отпуск происходит за счет тепла, сохранившегося внутри детали.

Небольшой участок детали быстро зачищают абразивным брусочком и следят за сменой цветов побежалости на нем.

Когда появится цвет, соответствующий необходимой температуре отпуска, деталь вновь погружают в жидкость, теперь уже до полного охлаждения.

При отпуске небольших деталей (как и при закалке) нагревают какую-нибудь болванку и на нее кладут отпускаемую деталь. При этом цвет побежалости наблюдают на самой детали.

Отжиг стальных деталей при изготовлении ножей

Чтобы облегчить механическую или пластическую обработку стальной детали, уменьшают ее твердость путем отжига.

Так называемый полный отжиг заключается в том, что деталь или заготовку нагревают до температуры 900 градусов, выдерживают при этой температуре некоторое время, необходимое для прогрева ее по всему объему, а затем медленно (обычно вместе с печью) охлаждают до комнатной температуры.

Внутренние напряжения, возникшие в детали при механической обработке, снимают низкотемпературным отжигом, при котором деталь нагревают до температуры 500-600 градусов, а затем охлаждают вместе с печью. Для снятия внутренних напряжений и некоторого уменьшения твердости стали применяют неполный отжиг — нагрев до 750-760 градусов и последующее медленное (также вместе с печью) охлаждение.

При отжиге деталь нагревают до температуры несколько ниже температуры, необходимой для закалки, и затем постепенно охлаждают на воздухе.

В результате закаленная деталь вновь становится мягкой, поддающейся механической обработке.

Источник: https://kombat.com.ua/termicheskaya-obrabotka-stali-zakalka-otpusk-otzhig-tehnologii-izgotovlenii-nozhey/

Холодная обработка и отжиг металлов

Большинство обычных металлов нельзя упрочнить термической обработкой. Однако почти все металлы упрочняются – до той или иной степени – в результате ковки, прокатки или гибки. Это называют наклепом или нагартовкой металла.

Отжиг является видом термической обработки  для умягчения металла, который стал нагартованным — наклепанным, чтобы можно было продолжать его холодную обработку.

Холодная обработка: медь, свинец и алюминий

Обычные металлы весьма сильно различаются по своей степени и скорости деформационного упрочнения  — наклепа или нагартовки. Медь довольно быстро наклепывается в результате холодной ковки, а, значит, быстро снижает свою ковкость и пластичность. Поэтому медь требует частого отжига, чтобы ее можно было дальше обрабатывать без риска разрушения.

С другой стороны, свинец можно обрабатывать ударами молотка почти в любую форму без отжига и без риска его разрушения. Свинец обладает таким запасом пластичности, который позволяет ему получать большую пластическую деформацию с очень малой степенью деформационного наклепа. Однако, медь хотя и тверже свинца, обладает в целом большей ковкостью.

Алюминий может выдерживать весьма большое количество пластической деформации в результате формовки молотком или холодной прокатки, прежде чем ему понадобится отжиг для восстановления его пластических свойств. Чистый алюминий наклепывается намного медленнее, чем медь, а некоторые листовые алюминиевые сплавы являются слишком твердыми или хрупкими, чтобы позволять большой наклеп.

Холодная обработка железа и стали

Промышленное чистое железо можно подвергать холодной обработке до больших степеней деформации, прежде чем оно станет слишком твердым для дальнейшей обработки.

Примеси в железе или стали ухудшают способность металла к холодной обработке до такой степени, что большинство сталей нельзя подвергать холодной пластической обработке, кроме конечно, специальных низкоуглеродистых сталей для автомобильной промышленности.

Вместе с тем,  почти все стали можно успешно пластически обрабатывать в раскаленном докрасна состоянии.

Зачем нужен отжиг металлов

Точная природа процесса отжига, которому подвергают металл, в значительной степени зависит от назначения отожженного металла. Существует значительное различие отжига по методам его выполнения между отжигом на заводах, где производят огромное количество листовой стали, и отжигом в небольшой автомастерской, когда всего лишь одна деталь требует такой обработки.

Если кратко, то холодная обработка – это пластическая деформация путем разрушения или искажения зеренной структуры металла.

Другими словами, кристаллам или зернам внутри металла, которые были смещены или деформированы в ходе холодной пластической обработки, дают возможность перестроиться и восстановиться в свое естественное состояние, но уже при повышенной температуре отжига.

Отжиг железа и стали

Железо и низкоуглеродистые стали необходимо нагревать до температуры около 900 градусов Цельсия, а затем давать возможность медленно охлаждаться для обеспечения максимально возможной «мягкости». При этом принимают меры, чтобы предотвратить контакт металла с воздухом во избежание окисления его поверхности. Когда это делают в небольшой автомастерской, то для этого применяют теплый песок.

Высокоуглеродистые стали требуют аналогичной обработки за исключением того, что температура отжига для них ниже и составляет около 800 градусов Цельсия.

Отжиг меди

Медь отжигают при температуре около 550 градусов по Цельсию, когда меди разогрета до темно-красного цвета. После нагрева медь охлаждают в воде или позволяют медленно охлаждаться на воздухе.

Скорость охлаждения меди после нагрева при температуре отжига не влияет на степень получаемой «мягкости» этого металла.

Преимущество быстрого охлаждения заключается в том, что при этом металл очищается от окалины и грязи.

 Отжиг алюминия

Алюминий отжигают при температуре при температуре 350 градусов Цельсия. На заводах это делают в подходящих печах или соляных ваннах. В мастерской алюминий отжигают газовой горелкой. Рассказывают, что при этом деревянной лучиной трут по поверхности нагретого металла.

Когда дерево начинает оставлять черные следы, то это значит, что алюминий получил свой отжиг. Иногда вместо дерева применяют кусок мыла: когда мыло начинает оставлять коричневые следы, нагрев нужно прекращать.

Затем алюминий охлаждают в воде или оставляют охлаждаться на воздухе.

Отжиг цинка

Цинк становиться снова ковким при температуре между 100 и 150 градусами Цельсия. Это значит, что его можно отжигать в кипятке. Цинк нужно обрабатывать, пока он горячий: когда он охлаждается, то сильно теряет свою ковкость.

Источник: http://steel-guide.ru/xolodnaya-obrabotka-i-otzhig-metallov

Способы и виды термической обработки стали

​

Термическая обработка стали проводится с целью придания материала определенного набора свойств путем изменения его внутренней структуры на молекулярном уровне.

Метод подразумевает нагрев или охлаждение металла до определенного температурного уровня с его последующим возвращением к нормальному состоянию.

Иногда применяется многофазная термообработка, которая позволяет производить наиболее закаленные марки сталей.

Режимы термообработки стали зависят от структурного состава материала. Все они были установлены опытным путем в результате многократных испытаний, поэтому современные способы закалки при соблюдении всех условий позволяют получать материалы высокого качества с большим запасом прочности.

Термообработка сталей должна подготовить их к эксплуатации в агрессивной среде под воздействием разрушающих факторов.

Выделяют следующие виды термообработки сталей: закалка, отпуск, отжиг, нормализация, воздействие холодом и химико-термическая обработка. 

Закалка стали

Закалка подразумевает прогрев металла до установленной температуры и поддержание достигнутого уровня в течение определенного периода времени.

Временной интервал определяется скоростью превращения внутренней структуры сплава устойчивое вещество.

После этого сталь быстро охлаждают в воде или масле, так как постепенное остывание может привести к нарушению достигнутой структуры кристаллической решетки.

Закалка придает материалу твердости, но снижает его ударную вязкость, что делает сталь более хрупкой.

Такой обработке подвергают детали, которые предназначены для эксплуатации под воздействием статической нагрузки без влияния динамических колебаний. Отпуску подвергаются некоторые детали после закалки.

Его суть состоит в повторном нагревании металла до температуры ниже, чем температура закалки. Это позволит снова нарушить достигнутые межмолекулярные связи и приведет к их перестроению.

После нагрева металл вытаскивают из печи и дают остыть естественным путем без применения охладителей. Такая процедура несколько снижает твердость, но при этом повышает ударную вязкость и ковкость.

Это убирает неоднородность распределения элементов в сплаве и позволяет создать устойчивое соединение железа с углеродом на межмолекулярном уровне.

Отжиг

После отжига значительно уменьшается твердость стали, но возрастает ее пластичность и ковкость. Такой обработке подвергается материал, предназначенный для последующей штамповки или раскатки.

Нормализация технологически повторяет процесс отжига, только после нагрева сплав остывает не непосредственно в печи, а на открытом воздухе.

Это позволяет добиться хороших показателей ковкости и пластичности без существенного снижения твердости.

Воздействие холодом

Воздействие холодом необходимо для завершения превращения аустенита в мартенсит. Он придает металлу дополнительную упругость и препятствует образованию рваных трещин при воздействии избыточного давления на деталь. Такой материал хорошо подходит для эксплуатации под влиянием высоких динамических нагрузок. Необходимой твердости ему обычно добавляют с помощью соответствующих присадок.

Химико-термическая обработка

Химико-термическая обработка подразумевает насыщение верхних слоев стали каким-либо элементом под воздействием высокой температуры. Различают несколько видов данной процедуры. Цементация означает пропуск через сталь углерода при температуре 950 градусов по Цельсию. Это придает поверхности дополнительной твердости, не затрагивая при этом внутренние слои материала.

Азотирование позволяет насытить верхний слой стали азотом для повышения его коррозийной стойкости, прочности и предела устойчивости. Проводится процедура путем нагревания сплава до 700 градусов в аммиачной среде.

Хромирование позволит придать поверхности материала повышенную устойчивость к пресной и соленой воде и некоторым видам кислотных и оксидных сред. Это позволяет подготовить сталь к эксплуатации в неблагоприятных условиях. Цианирование совмещает в себе одновременное насыщение верхних слоев стали углеродом и азотом.

Это позволяет одним махом увеличить твердость материала и защитить его от воздействия коррозии.

Термообработка разных видов стали

Термообработка легированной стали должна производиться с медленным прогревом до необходимой температуры, а затем с медленным остыванием заготовки.

В результате добавления легирующих присадок стали данной марки имеют низкую теплопроводность, поэтому резкое изменение температуры может привести к короблению или образованию трещин.

Также очень важно, чтобы нагревание происходило равномерно по всей площади детали.

Термообработка аустенитных сталей проводится в печах при равномерном нагреве заготовки до температуры 1000-1150 градусов по Цельсию. После этого следует быстрое охлаждение в жидкости, что позволяет получить материал с устойчивой ферритной внутренней структурой. Эти стали применяются для изготовления конструкционных материалов, поэтому должны получить повышенную прочность при закалке.

Термообработка быстрорежущей стали является трудоемким процессом. Она относится к классу высоколегированных сплавов, поэтому не переносит резких перепадов температур.

Закалка данного материала производится на высокоточном оборудовании, позволяющем четко регулировать каждую фазу технологического процесса.

Термообработка углеродистой стали сводится к получению устойчивой связи между атомами железа и углерода в кристаллической решетке. Метод зависит от необходимости получения конкретного вещества по завершению процесса.

Для изготовления проволочных изделий, имеющих небольшие диаметровые размеры применяют такой способ обработки металлов давлением, как волочение. Сырьем для волочения является горячекатаная сталь. Такой способ обработки металлических изделий в основном используют тогда, когда необходимо выдержать особоточные размеры…

Виды обработки металлов резанием представлены точением, сверлением, фрезерованием, строганием, долблением и шлифованием. Каждый процесс отличается друг от друга, но в целом резание – это снятие верхнего слоя рабочей поверхности в виде стружки. Наиболее часто применяются методы сверления, точения и фрезерования. При сверлении деталь закрепляется в неподвижном…

Обработка металла на токарном станке считается одной из самых распространенных операций по производству деталей из конструкционных материалов. Сейчас с помощью снятия стружки выпускается до восьмидесяти процентов всяческих элементов, которые являются составляющими разнообразных аппаратов, приборов и агрегатов. Квалифицированные технологи…

Термическая обработка металлов и металлических сплавов в своем принципе подразумевает структурные изменения в составе обрабатываемого сырья методом сильного накаливания, последующего отстаивания и охлаждения сырьевой массы. Химико термическую обработку металлов отличает от простого термического воздействия на структуру материала добавление…

Воспроизвести оригинальные надписи, добавить рисунок или орнамент на металлическкую поверхность можно, используя травление металла. Этот процесс осуществляется двумя способам: один из них предполагает полное покрытие обрабатываемой поверхности веществолм, на которое действует протрава, другой требует защитить…

Итогом термической обработки металлов и сплавов становится широкомасштабное изменение технических и технологических свойств металлических элементов. Высокий уровень увеличения механического сопротивления заготовки после термической обработки, если сравнивать с первоначальными…

Источник: https://promplace.ru/obrabotka-metallov-staty/termicheskaya-obrabotka-stali-1555.htm

Отжиг сталей

По книжному определению, отжиг — это нагрев стали до температуры выше критической, выдержка при этой температуре и медленной охлаждение вместе с печью.

На самом деле это общее определение, под которое попадают не все виды отжига.

Режимы отжига зависят в первую очередь от конечных требований к стали или изделию, в первую очередь это требования по механическим или технологическим свойствам металла.

Отжиг первого рода (І-го рода)

Отжиг І рода – термическая операция, состоящая в нагреве металла в неустойчивом состоянии, полученном предшествующими обработками, для приведения металла в более устойчивое состояние.

Этот вид отжига может включать в себя процессы гомогенизации, рекристаллизации, снижения твердости и снятия остаточных напряжений. Особенность этого вида отжига в том, что указанные процессы протекают независимо от того происходят ли фазовые превращения при термообработке или нет.

Различают гомогенизационный (диффузионный), рекристаллизационный отжиг и отжиг, уменьшающий напряжения и снижающий твердость.

Гомогенизационный отжиг

Гомогенизационный отжиг – это термическая обработка, при которой главным процессом является устранение последствий дендритной и внутрикристаллитной ликвации в слитках сталей. Ликвация повышает склонность стали, обрабатываемой давлением, к хрупкости, анизотропии свойств и таким дефектам, как шиферность (слоистый излом) и флокены.

Устранение ликвации достигается за счет диффузионных процессов. Для обеспечения высокой скорости диффузии сталь нагревают до высоких (1000–1200 °С) температур в аустенитной области. При этих температурах делается длительная (10–20 час.) выдержка и медленное охлаждение с печью. Диффузионные процессы наиболее активно протекают в начале выдержки.

Выравнивание состава стали при гомогенизационном отжиге положительно сказывается на механических свойствах, особенно пластичности.

Рекристаллизационный отжиг стали

Рекристаллизационный отжиг, применяемый для сталей после холодной обработки давлением, – это термическая обработка деформированного металла или сплава. Может применять как окончательная, так и промежуточная операция между операциями холодного деформирования.

Главным процессом этого вида отжига являются возврат и рекристаллизация соответственно. Возвратом называют все изменения в тонкой структуре, которые не сопровождаются изменениями микроструктуры деформированного металла (размер и форма зерен не изменяется). Возврат сталей происходит при относительно низких (300–400°С) температурах.

При этом процессе наблюдается восстановление искажений кристаллической решетки.

Рекристаллизацией называют зарождение и рост новых зерен с меньшим количеством дефектов кристаллического строения. В результате рекристаллизации образуются совершенно новые, чаще всего равноосные кристаллы. Между температурным порогом рекристаллизации и температурой плавления имеется простое соотношение: ТР ≈ (0,3–0,4)ТПЛ., что составляет для углеродистых сталей 670–700°С.

Отжиг для снятия напряжений

Отжиг для снятия напряжений – это термическая обработка, при которой главным процессом является полная или частичная релаксация остаточных напряжений.

Такие напряжения возникают при обработке давлением или резанием, литье, сварке, шлифовании и других технологических процессах. Внутренние напряжения сохраняются в деталях после окончания технологического процесса и называются остаточными.

Избавиться от нежелательных напряжений можно путем нагрева сталей от 150 до 650°С в зависимости от марки стали и способа предыдущей обработки.

Высокий отжиг стали

Эта операция часто называется высоким отпуском. После горячей пластической деформации сталь имеет мелкое зерно и удовлетворительную микроструктуру. Такое состояние сталь получает при ускоренном охлаждении после пластической деформации.

Однако в структуре могут быть составляющие: мартенсит, бейнит, троостит и т. д. Твердость металла при этом может быть достаточна высока. Для повышения пластичности и соответственно снижения твердости делается высокий отжиг.

Его температура ниже критической Ас1 и зависит от требований к металлу для следующей операции обработки.

Отжиг второго рода (ΙΙ-го рода)

Отжиг ΙΙ рода основан на использовании фазовых превращений сплавов и состоит в нагреве выше температуры превращения с последующим медленным охлаждением для получения устойчивого структурного состояния сплавов.

Полный отжиг

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

Основные цели полного отжига:

— устранение пороков структуры, возникших при предыдущей обработке (литье, горячая деформация, сварка, термообработка), – крупнозернистости и видманштеттовой структуры;

— смягчение стали перед обработкой резанием – получение крупнозернистости для улучшения качества поверхности и большей ломкости стружки низкоуглеродистых сталей;

— уменьшение напряжений.

Неполный отжиг

Неполный отжиг отличается от полного тем, что нагрев производится на 30–50 °С выше критической точки А1 (линия РSК на диаграмме «Железо – цементит»). Неполный отжиг доэвтектоидных сталей проводят для улучшения обрабатываемости резанием.

При неполном отжиге происходит частичная перекристаллизация стали — вследствие перехода перлита в аустенит. Избыточный феррит лишь частично превращается в аустенит.

Такой отжиг проводится при температуре 770 — 750°С с последующим охлаждением со скоростью 30 — 60°С/с до 600°С, далее на воздухе.

Неполный отжиг широко применяется для заэвтектоидных углеродистых и легированных сталей. Нагрев этих сталей на 10 — 30°С выше Ас1 вызывает практически полную перекристаллизацию сплава и позволяет получить зернистую (сферическую) форму перлита вместо пластинчатой. Такой отжиг называют сфероидизацией.

Частицы цементита, не растворившегося при нагреве, или области аустенита с повышенной концентрацией углерода за счет неполной его гомогенизации после растворения цементита, служат центрами кристаллизации для цементита, выделяющегося при последующем охлаждении до температуры ниже А1 и принимающего в этом случае зернистую форму.

В результате нагрева до температуры значительно выше А1 и растворения большей части цементита и более полной гомогенизации аустенита последующее выделение цементита ниже А1 происходит в пластинчатой форме.

Если избыточный цементит находился в виде сетки, то перед этим отжигом нужно сделать нормализацию с нагревом выше Асm (желательно с охлаждением в направленном потоке воздуха).

Легированные заэвтектоидные стали можно нагревать до более высоких температур 770 — 820°С. Охлаждение и сфероидизация цементита происходит медленно.

Охлаждение должно обеспечить распад аустенита на феррито-карбидную структуру, сфероидизацию и коагуляцию образовавшихся карбидов до 620 — 680°С.

Отжиг на зернистый перлит (маятниковый отжиг)

Для получения зернистого перлита применяют отжиг с различными вариациями термоциклирования в надкритическом и межкритическом интервале температур, маятниковые виды отжига с различными выдержками и количеством циклов.

Сталь с зернистым перлитом имеет более низкую твердость, временное сопротивление разрыву и соответственно более высокие значения характеристик пластичности. Например эвтектоидная сталь с пластинчатым перлитом имеет твердость 228НВ, а с зернистым 163НВ и соответственно временное сопротивление 820 и 630МПа, относительное удлинение 15 и 20%.

Микроструктура стали после отжига на зернистый перлит (ОЗП) выглядит следующим образом

После отжига на зернистый перлит стали обладают наилучшей обрабатываемостью резанием, при этом достигается более высокая чистота поверхности. В ряде случаев, отжиг на зернистый перлит является обязательной предварительной операцией. Например для избежания трещинообразования при высадке болтов и заклепок.

Изотермический отжиг

Изотермический отжиг заключается в нагреве стали до температуры Ас3 + (30–50°С), последующего ускоренного охлаждения до температуры изотермической выдержки ниже точки А1 и дальнейшего охлаждения на спокойном воздухе. Изотермический отжиг по сравнению с обычным отжигом имеет два преимущества:

— больший выигрыш во времени, т. к. суммарное время ускоренного охлаждения, выдержки и последующего охлаждения может быть меньше медленного охлаждения изделия вместе с печью;

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

Патентирование

Патентирование — операция отжига, как правило назначаемая для пружинной проволоки, с содержанием углерода 0,65 — 0,9%, перед волочением.

Процесс заключается в аустенитизации металла и последующим пропускании его через расплав солей с температурой 450 — 550°С (на ДИПА это температуры изотермической выдержки в области минимальной устойчивости аустенита).

Это приводит к образованию тонкопластинчатого троостита или сорбита, который позволяет получать степени обжатия более 75% для волочения и окончательное временное сопротивление 2000 — 2250МПа после ХПД.

Нормализационный отжиг (нормализация стали)

Нормализационный отжиг или нормализацию стали применяют как промежуточную операцию для смягчения стали перед обработкой резанием и для общего улучшения ее структуры перед закалкой. При нормализации доэвтектоидную сталь нагревают до температур Ас3 + (30–50°С), заэвтектоидную до Асм + (30–50°С) и после выдержки охлаждают на спокойном воздухе.

Ускоренное охлаждение по сравнению с отжигом обуславливает несколько большее переохлаждение аустенита, поэтому при нормализации получается более тонкое строение эвтектоида (тонкий перлит или сорбит) и более мелкое эвтектоидное зерно.

Прочность стали после нормализации несколько выше, чем после отжига. В заэвтектоидной стали нормализация устраняет грубую сетку вторичного цементита.

В доэвтектоидной стали, как говорилось выше, нормализация позволяет устранить крупное зерно после перегрева и видманштетт после нарушения цикла ГПД.

Источник: https://HeatTreatment.ru/otzhig-stalej