Отжиг стали

Цели отжига стали

Отжиг осуществляется с целью улучшения технологических качеств стали. Ключевой фактор при данном процессе - температура, которую нужно выдерживать определенное время. При этом достигаются следующие цели:

1. Снятие первичных напряжений. Во время первичной термической обработки на металлургических предприятиях в металле возникает дисбаланс кристаллической структуры. Благодаря правильному подбору вида отжига достигаются необходимые характеристики для конкретных случаев.
2. Снижение твердости, что позволяет значительно снизить трудозатраты и сократить время операций, посредством использования более широкого перечня режущих инструментов.
3. Улучшение микроструктуры. Под действием высокой температуры в определенный временной промежуток в стали происходят существенные изменения на молекулярном уровне. Полученная однородная структура стали после отжига оптимальна для дальнейших физических и механических операций.

Виды отжига стали

В зависимости от времени, температуры и условий выдержки отжиг делится на два типа:

1. Отжиг первого рода, к которому относятся диффузионный отжиг, рекристаллизационный отжиг, а также отжиг для снятия напряжений.
2. Отжиг второго рода, к которому относятся полный, неполный, изотермический и нормализационный отжиг, а также отжиг на зернистый перлит или маятниковый отжиг.

Основные задачи, которые решаются при отжиге первого рода - ликвидация физической и химической неоднородности, которые возникают в результате закалки, резки, обработки давлением и сварки.

Диффузионный отжиг применяют для слитков легированных марок стали. Данный отжиг позволяет снизить внутрикристаллитную неоднородность, которая повышает склонность стали в процессе обработки давлением к таким негативным явлениям, как слоистый излом, хрупкий излом, образование трещин и т.п. Сам процесс диффузионного отжига состоит из нагрева слитков до температуры 1200 градусов по Цельсию для выравнивания характеристик структуры по всем направлениям; выдержки 15 - 20 часов; быстрого охлаждения до 800 градусов и последующего более медленного на воздухе. В результате получается крупное зерно, которое измельчается в процессе обработки давлением или термической обработки.

Рекристаллизационный отжиг применяется для полуфабрикатов и заготовок из стали после холодного деформирования или между такими операциями. Он заключается в нагреве до температуры большей, чем температура рекристаллизации, выдержке и охлаждении. температура рекристаллизационного отжига зависит от содержания в сплаве углерода.

Отжиг для снятия напряжений используется для заготовок, отливок и деталей, в которых появляются остаточные напряжения из-за пластических деформаций и неоднородного охлаждения. Такие напряжения провоцируют негативные последствия, например, изменение размеров во время транспортировки, хранения и эксплуатации. Для ходовых винтов, червяков и зубчатых колес температура отжига составляет порядка 600 градусов по Цельсию, время выдержки 2-3 часа после основной механической обработки и 180 градусов и выдержки до 2,5 часов после финишных мероприятий по снятию напряжений после шлифовки. Температура для снятия сварных напряжений составляет 650 - 700 градусов по Цельсию.

Отжиги второго рода осуществляются при температурах выше, чем температуры начала фазовых превращений. Полный отжиг заключается в нагреве до критической точки, которая выше точки окончания перекристаллизации, выдержке до полного окончания фазовых превращений и медленном охлаждении. В случае нагрева до температуры на 30 - 50 градусов выше критической точки, сталь приобретает однофазную аустенитную структуру с измельченным зерном, что обеспечивает ее высокую вязкость и пластичность. При более высоких температурах аустенитное зерно увеличивается, что снижает качества полуфабрикатов.

Время выдержки и температура определяются типом заготовок и способом их укладки в печь. Как правило, полный отжиг применяется для фасонных отливок, сортового проката и поковок из среднеуглеродистой стали.

При изотермическом отжиге нагрев происходит до той же температуры, что и при полном. Отличие заключается в быстром охлаждении, обычно до температуры 660 - 680 градусов по Цельсию. Главное преимущество изотермического отжига относительно полного - сокращение времени операции.

Неполный отжиг способствует улучшению обработки резанием заготовок и полуфабрикатов из заэвтектоидных углеродистых и легированных сталей. Нагрев осуществляется до температуры около 700 градусов по Цельсию.

Нормализационный отжиг является промежуточным процессом между закалкой и отжигом. В результате нормализации получают меньше. хрупкость сплава, чем при закалке, но большую твердость, чем при других видах отжига. Данный процесс широко распространен в современном машиностроении.

Чтобы получить структуру зернистого перлита производится маятниковый отжиг, в результате которого заэвтектоидные и эвтектоидные стали могут обеспечивать хорошую обрабатываемость резанием, что увеличивает скорость процесса и улучшение качества поверхности. Маятниковый отжиг применим для тонких стальных листов перед холодной штамповкой или прутков перед холодным волочением. результатом такой термической обработки является значительное улучшение пластических свойств. Маятниковый отжиг состоит из нескольких циклов нагрева выше точки перекристаллизации с медленным охлаждением до температуры 670-700 градусов по Цельсию. В результате трех подобных циклов получается структура со 100 % зернистым перлитом. Финальное охлаждение заготовок осуществляется на открытом воздухе.