Какие условия охлаждения должны соблюдаться при проведении отжига стальных конструкций

Обновлено: 07.01.2025

Отжиг стали – это термическая обработка, при которой сталь нагревают:

• выше верхней критической температуры Ас₃ — полный отжиг;
• между критическим температурами Ас₁ и Ас₃ – неполный отжиг;
• ниже критических температур – низкий отжиг.

После нагрева следует медленное охлаждение, чаще всего с печью.

Нагрев выше температуры Ас₃ обеспечивает полную перекристаллизацию стали, а медленное охлаждение обеспечивает распад аустенита на полностью феррито-перлитную структуру (рисунок 1).

Рисунок 1 — Среднеуглеродистая сталь 40 после полного отжига.
Феррито-перлитная структура.

Цели отжига стали

Основными целями отжига стали являются перекристаллизация стали и устранение внутренних напряжений. Отжиг, как и нормализация, является первоначальной операцией термической обработки. Цель отжига – устранить дефекты предыдущих металлургических операций (литья, прокатки, ковки) или подготовить сталь к последующим технологическим операциям, например, обработке резанием или закалке. Часто отжиг является заключительной термической операцией, когда свойства стали после отжига удовлетворяют требованиям к детали или изделию.

Полный отжиг стали

Полный отжиг – нагрев выше верхней критической температуры с последующим медленным охлаждением – решает обе эти задачи. При нагреве феррито-перлитная структура стали переходит в аустенитную, а затем при охлаждении аустенит превращается обратно в феррит и перлит – происходит полная перекристаллизация. Крупнозернистая феррито-перлитная структура, характерная для стали после литья или ковки, после полного отжига превращается в структуру из мелких зерен феррита и перлита. Интервалы температуры полного отжига показаны на рисунке 2 для стали с различным содержанием углерода.

Рисунок 2 — Область температуры для полного отжига стали.

Неполный отжиг стали

Неполный отжиг стали – нагрев между выше температуры Ас₁, но ниже температуры Ас₃ – проводят, когда структура стали не слишком крупнозернистая и нет видманштеттова структура феррита. Этот отжиг иногда называют межкритическим. В этом случае происходит только перекристаллизация только перлитной структуры, а феррит остается без изменений. Понятно, что неполный отжиг является более экономичным, чем полный.

Низкий отжиг стали

Низкий отжиг проводят ниже обеих критических точек. Поэтому этот отжиг еще называют подкритическим. При этом отжиге не образуется аустенита. Низкий отжиг стали проводят в тех случаях, когда исходная структура не требует исправления и нет необходимости в ее перекристалиизации. Цель низкого отжига – только снизить внутренние напряжения в детали за счет механизмов возврата, рекристаллизации, роста зерна и аггломерации карбидов. Если исходная структура стали бейнитная или мартенситная, то такую операцию называют не отжигом, а отпуском.

Низкий отпуск является одним из способов сфероидизации стали.

Диффузионный отжиг

Диффузионный отжиг является вариантом полного отжига. Его проводят для стальных слитков. Для литой стали характерны неоднородность химического состава, а также дендритная ликвация. Операцию диффузионнго отжига, которую называют также гомогенизацией, проводят при высокой температуре, обычно до 1000-1100 °С. Такой нагрев с выдержкой приводит к устранению или смягчению дендритной неоднородности. Однако в результате такого высокого нагрева возникает крупнозернистая структура, которая требует дополнительной термической обработки, обычно – отжига. Если диффузионный отжиг применялся к слиткам, которые предназначены для обработки металлов давлением (прокатке, ковке), то в отжиге нет необходимости – зерно измельчится последующей пластической деформацией.

Охлаждение стали при ее отжиге

Скорость охлаждения при отжиге стали не должна быть более 50-100 °С в час, что может достигаться только при охлаждении с печью. Это обеспечивает превращение аустенита с минимальной степенью переохлаждения и гарантирует образование равновесной феррито-перлитной структуры.

Изотермический отжиг

Чтобы избежать трудностей контроля скорости охлаждения стали при отжиге, а также сократить длительность отжига, вместо классического отжига с медленным охлаждением на практике часто применяют так называемый изотермический отжиг. Он отличается от обычного полного отжига тем, что сталь от температуры отжига охлаждают быстро до температуры на 50-100 °С ниже критической точки Ас₁ и выдерживают при ней столько, сколько требуется для полного превращения аустенита.

Термообработка: закалка,
отпуск, нормализация, отжиг

Металлоизделия, используемые в любых отраслях хозяйства должны отвечать требованиям устойчивости к износу. Для этого используется воздействие высокими температурами, в результате чего усиливаются нужные эксплуатационные свойства. Этот процесс называется термической обработкой.

Термообработка представляет собой комплекс операций нагрева, охлаждения и выдержки металлических твердых сплавов для получения необходимых свойств благодаря изменению структуры и внутреннего строения. Термическая обработка применяется в качестве промежуточной операции для того, чтобы улучшить обрабатываемость резанием, давлением, либо в качестве окончательной операции технологического процесса, которая обеспечивает требуемый уровень свойств детали.

Различные методы закаливания применялись с давних пор: мастера погружали нагретую металлическую полоску в вино, в масло, в воду. Для охлаждения кузнецы порой применяли и достаточно интересные способы, например садились на коня и мчались, охлаждая изделие в воздухе.

По способу совершения термическая обработка бывает следующих видов:

-Термическая (нормализация, закалка, отпуск, отжиг, старение, криогенная обработка).

-Термо-механическая. Включает обработку высокими температурами в сочетании с механическим воздействием на сплав.

-Химико-термическая. Подразумевает термическую обработку металла с последующим обогащением поверхности изделия химическими элементами (углеродом, азотом, хромом и др.).

Основные вид ы термической обработки:

1. Закалка. Представляет собой вид термической обработки разных материалов (металлы, стекло), состоящий в нагреве их выше критической температуры с быстрым последующим охлаждением. Выполняется для получения неравновесных структур с повышенной скоростью охлаждения. Закалка может быть как с полиморфным превращением, так и без полиморфного превращения.

2. Отпуск – это технологический процесс, суть которого заключается в термической обработке закалённого на мартенсит металла либо сплава, основными процессами при котором являются распад мартенсита, рекристаллизация и полигонизация. Проводится с целью снятия внутренних напряжений, для придания материалу необходимых эксплуатационных и механических свойств.

3. Нормализация. В данном случае изделие нагревается до аустенитного состояния и потом охлажда е т ся на спокойном воздухе. В результате нормализации снижаются внутренние напряжения, выполняется перекристаллизация стали. В сравнении с отжигом, нормализация – процесс более короткий и более производительны й .

4. Отжиг. Представляет собой операцию термической обработки, заключающуюся в нагреве стали, выдержке при данной температуре и последующем медленном охлаждении вместе с печью. В результате отжига образуется устойчивая структура, свободная от остаточных напряжений. Отжиг является одной из важнейших массовых операций термической обработки стали.

1) Снижение твердости и повышение пластичности для облегчения обработки металлов резанием;

2) Уменьшение внутреннего напряжения, возникающего после обработки давлением (ковка, штамповка), механической обработки и т. д.;

3) Снятие хрупкости и повышение сопротивляемости ударной вязкости;

4) Устранение структурной неоднородности состава материала, возникающей при затвердевании отливки в результате ликвации.

Для цветных сплавов (алюминиевые, медные, титановые) также широко применяется термическая обработка. Цветные сплавы подвергают как разупрочняющей, так и упрочняющей термической обработке, в зависимости от необходимых свойств и области применения.

Термическая обработка металлов и сплавов является основным технологическим процессом в чёрной и цветной металлургии. На данный момент в распоряжении технических специалистов множество методов термообработки, позволяющих добиться нужных свойств каждого вида обрабатываемых сплавов. Для каждого металла свойственна своя критическая температура, а это значит, что термообработка должна производиться с учётом структурных и физико-химических особенностей вещества. В конечном итоге это позволит не только достичь нужных результатов, но и в значительной степени рационализировать производственные процессы.

Термообработка стали

Термообработка стали является одной из обязательных процедур, позволяющих придать заготовкам и деталям требуемые свойства. Она может проводиться на разных этапах изготовления, при этом химический состав материала не меняется.

Такой процесс позволяет повысить обрабатываемость деталей, снять остаточное напряжение и в целом улучшить эксплуатационные характеристики. Подробнее о термообработке стали, а также о том, на каких этапах ее можно проводить, расскажем далее.

Задачи термообработки стали по ГОСТу

Термообработка стали выполняется при максимальной температуре, в процессе которой происходит:

• повторная кристаллизация стали,
• переход железа из гамма- в альфа-форму,
• преобразование крупных частиц в пластины.

Эксплуатационные свойства стали и легкость металлообработки непосредственно зависят от внутренней структуры двухфазной смеси.

Главное назначение термообработки стали:

• Создание прочных термоустойчивых износо- и коррозионностойких готовых стальных изделий.
• Снятие в заготовках внутреннего напряжения после литья, горячее и холодное штампование, глубокая вытяжка стали. При этом повышается ее пластичность и облегчается обработка резанием.

VT-metall предлагает услуги:

Лазерная резка металла Гибка металла Порошковая покраска металла Сварочные работы

Термообработку применяют к таким типам сталей, как:

• углеродистая и легированная,
• с содержанием углерода от 0,25 % до 0,7 %,
• конструкционная, инструментальная и специальная,
• различного качества.

Качество термической обработки стали зависит от следующих основных параметров:

• продолжительность (скорость) нагрева,
• температура нагрева,
• длина выдержки при указанной температуре,
• интенсивность (период охлаждения).

Чтобы получить разные виды термической обработки стали, можно менять вышеперечисленные параметры.

4 основных вида термообработки стали

Термообработка стали – это процесс изменения внутреннего строения и структуры стали за счет воздействия на нее нагрева, выдержки и охлаждения. На каждом этапе тепловой обработки необходимо строгое соблюдение температуры, скорости и продолжительности, зависящие от доли углерода и легирующих элементов в сплаве. При нагревании происходят изменения структуры материала, а при охлаждении эти структурные изменения протекают в обратном порядке.

Виды тепловой обработки:

• Отжиг:

1. гомогенизация,
2. рекристаллизация,
3. изотермический отжиг,
4. отжиг для устранения напряжений,
5. отжиг полный,
6. неполный отжиг.

• Закалка

• Нормализация

• Отпуск:

1. низкий,
2. средний,
3. высокий.

Далее приведены подробности каждого вида термообработки.

Как стали и сплавы подвергаются термообработке

При отпуске

Данный вид термообработки очень часто используется в машиностроении при производстве стальных изделий различного назначения. Чтобы уменьшить внутреннее остаточное напряжение, отпуск применяется с закалкой. Данный метод позволяет получить прочный материал, снять его хрупкость, возникающую при влиянии повышенной температуры.

Еще одно важное предназначение отпуска – это повышение ударной вязкости металла, благодаря чему уменьшается его твердость. Поэтому сильное внешнее воздействие жесткими предметами не повредит поверхность материала.

Пользуются такой таблицей цветов побежалости при термообработке стали для уточнения режимов температуры:

Температура (°С)

Цвет каления

Очень темно-красный (видимый в темноте)

Типы технологии отпуска:

Данный метод применяют для получения мартенситной структуры стали. Главная его функция – максимально повысить вязкость материала с сохранением его жесткости.

Обычная температура нагревания – +150 °С, максимальная – не более +250 °С. При обычном нагреве металл держат около 1,5 часа. Охлаждают в масле или на воздухе, чтобы увеличить прочность заготовки или готовой детали.

Применяют низкий отпуск при изготовлении измерительных инструментов или различных изделий для резания.

Обычная температура нагрева при обработке – не более +340 °С. Отличительная особенность метода – увеличение максимальной температуры до +500 °С. Охлаждение производится воздухом.

Главная цель – переход от мартенситной структуры в троостит. Это позволяет увеличить вязкость материала с понижением его твердости. Данная технология применяется при производстве деталей, которые используют под сильными нагрузками.

Самый эффективный метод, позволяющий уменьшить высокое внутреннее напряжение. Материал нагревают до температуры от +450 до + 600 °С, чтобы повысить его вязкость и пластичность без снижения прочности. Сложный, но оптимальный способ при производстве ответственных деталей. Применяется при термообработке для большинства конструкционных сталей.

При отжиге

Отжиг – это вид термообработки стали, который используют для получения равновесной однородной внутренней структуры стали и значительного уменьшения ее напряжения. При обработке материал нагревают до высокой температуры, выдерживают и долго охлаждают.

В промышленности используют некоторые подвиды термической обработки:

При закалке

Закалка так же, как и отпуск – самый распространенный метод термообработки. Она необходима для повышения таких показателей стали, как твердость, максимальная упругость и износостойкость. С помощью данной обработки уменьшают предел прочности на сжатие и растяжение. Для улучшения эксплуатационных свойств такой термообработке часто подвергаются инструментальные стали.

Закалка – наиболее старый способ термообработки. Его особенность – быстрое охлаждение стали, нагретой до максимальной температуры. Максимум нагревания зависит от марки стали. Главное – учесть, при каком температурном режиме начинается процесс изменения внутренней кристаллической решетки.

От изменения марки сплава меняются следующие параметры:

• Охлаждающая среда. Наиболее легкий метод – окунание в воду. Чтобы улучшить показатели стали, охлаждение происходит с применением масла, инертного газа или соленых растворов.
• Скорость охлаждения. Зависит от начальной температуры нагревания. Отличаться может и температура газа, раствора с содержанием соли и воды.
• Нагревание. Подбирается на основании предела, при котором происходит изменение внутренней структуры. Для большинства марок сплавов – это +900 °С.

При нормализации

Нормализация – вид термообработки стали, при котором меняется структура и измельчается зерно внутри сплава. Такой процесс подходит для низкоуглеродистой и легированной стали.

Основное превосходство данной обработки – увеличение твердости стали до 300 НВ. Есть возможность применять заготовки, полученные горячекатаным способом. Повышается прочность, износостойкость и вязкость стали. Благодаря этому следующий этап обработки проходит легче.

Охлаждающая среда – воздух. Предел температуры нагревания – увеличение еще на 50 °С к установленному максимуму для конкретной марки стали.

Нюансы термообработки стали разных марок, а также цветных сплавов

Термообработка легированных сталей марок 20Х, 15ХГН2ТА, 4Х5МФС, 20Х2Н4А, 50ХГФА, 6ХВ2С, 18ХГ, У9, 45Г2, 20ХГР, 38ХН3МА, 7Х3, 20ХН3А имеет общие требования для мартенсита, перлитных и аустенитных сплавов. Есть определенные критичные точки на графике для получения перлита, мартенсита, аустенитовой или ферритовой стали. Термическая обработка таких сплавов происходит с помощью длительного нагревания до определенной температуры.

Также этот процесс сопровождается затяжной выдержкой и медленным охлаждением. Но надо иметь в виду, что при закалке охлаждение более быстрое. Законы физики объясняют, почему происходит медленное нагревание и остывание: чем выше теплообмен, тем ниже вероятность повреждения сплава. Нагрев выполняют постепенно, по всей поверхности изделия.

После термообработке нержавеющей стали марок 07Х16Н6, 20Х13, 20Х14, 20Х16, 20Х18Н9Т и подобные сплавы (имеющие в маркировке обозначение «Х» – процент хрома в массе) оставляют медленно остывать в печи. Также сюда можно отнести сплавы с содержанием хрома 13 % и выше по весу заготовки. В составе печи для отложенного накаливания на некоторых производствах применяют электрообогревательное оборудование, которое будет нагревать металл по определенному алгоритму. Это позволит соблюсти технологию изготовления.

При термообработке аустенитные стали в печи временно нагревают до +1 150 °С. После нужной выдержки каленую сталь охлаждают в масле до окончательного остывания или по определенному алгоритму. Это позволяет добиться устойчивой внутренней структуры. Сплав при этом улучшает все свои свойства.

В зависимости от того, какой род стали нужно получить, простые углеродистые стали марок Ст3, Ст4, Ст5, Ст6, Ст8, Ст10, Ст15, Ст20, Ст25, Ст30, Ст35, Ст40, Ст45, Ст50, Ст55, Ст60, Ст75, содержащие сотые доли углерода по массе заготовок, нормализуют и отпускают, отжигают по общей технологии «мартенсит – перлит – аустенит – феррит». Основная задача – повышение устойчивости молекулярной связи в кристаллической решетке и снижение хрупкости.

Термообработка цветных сплавов отличается от других металлов особенной кристаллической решеткой, увеличенной или уменьшенной теплопроводностью и химической реакции на кислород и водород:

• При термической обработке алюминиевых и медных сплавов нет сложностей с накаливанием, а для титанового сплава – это основная проблема, так как его тепловая проводимость ниже в 15 раз, чем у алюминиевого.
• Медные сплавы при максимальной температуре контактируют с кислородом, на основании этого термообработка проводится в защитной среде.
• Сплавы с алюминием фактически пассивны к атмосферным газам, а титановый сплав, наоборот, наводороживается. Поэтому для снижения процента водорода титан обрабатывают в вакуумной среде. Термообработка стали из деформируемых металлов с алюминием (профили, трубы, уголки) выполняется с соблюдением температуры нагревания +450–500 °С.

Рекомендуем статьи

Термическую обработку невозможно увидеть без специальных устройств. Чтобы оценить результат, полученный термистами, нужно воспользоваться микроскопом по микрошлифам или приборами для измерения механических свойств металла.

Термообработка стали играет огромную роль в формировании всех характеристик готовых изделий. Благодаря ей повышается износостойкость и эксплуатационная прочность деталей, и, как следствие, улучшается работа машин или механизмов. Также по справочнику, содержащему сведения по термообработке стали, можно уточнить свойства и конструктивные схемы изделий, используемых в термоцехах.

Почему следует обращаться именно к нам

Мы с уважением относимся ко всем клиентам и одинаково скрупулезно выполняем задания любого объема.

Наши производственные мощности позволяют обрабатывать различные материалы:

• цветные металлы;
• чугун;
• нержавеющую сталь.

При выполнении заказа наши специалисты применяют все известные способы механической обработки металла. Современное оборудование последнего поколения дает возможность добиваться максимального соответствия изначальным чертежам.

Для того чтобы приблизить заготовку к предъявленному заказчиком эскизу, наши специалисты используют универсальное оборудование, предназначенное для ювелирной заточки инструмента для особо сложных операций. В наших производственных цехах металл становится пластичным материалом, из которого можно выполнить любую заготовку.

Преимуществом обращения к нашим специалистам является соблюдение ими ГОСТа и всех технологических нормативов. На каждом этапе работы ведется жесткий контроль качества, поэтому мы гарантируем клиентам добросовестно выполненный продукт.

Благодаря опыту наших мастеров на выходе получается образцовое изделие, отвечающее самым взыскательным требованиям. При этом мы отталкиваемся от мощной материальной базы и ориентируемся на инновационные технологические наработки.

Мы работаем с заказчиками со всех регионов России. Если вы хотите сделать заказ на металлообработку, наши менеджеры готовы выслушать все условия. В случае необходимости клиенту предоставляется бесплатная профильная консультация.

Отжиг стали

Отжиг стали необходим для изменения свойств сплавов. Сначала изделие нагревают выше критической температуры, а затем медленно охлаждают. Такая операция термообработки позволяет получить однородную структуру, снять внутренние напряжения в металле, снизить твердость.

Температура нагрева зависит от химического состава стали и цели отжига. Время нагрева и остывания зависит от размеров изделия и, соответственно, веса. Для точности операции применяют справочные материалы и расчетные методы. Подробнее о видах отжига стали и особенностях технологии читайте в нашем материале.

Отжиг сталей первого рода

Различные типы отжига первого рода позволяют запускать гомогенизацию, рекристаллизацию, избавляют от остаточных напряжений, понижают степень твердости стали. Условия для конкретного процесса задаются в соответствии с начальным состоянием металла при помощи определенной температуры. Возможен нагрев в пределах или выше показателей, способствующих протеканию фазовых трансформаций.

Назначением отжига стали является достижение следующих результатов:

При отжиге стали горячую заготовку остужают без использования специальных сред, а необходимая степень повышения температуры определяется в соответствии с составом металла и запланированным эффектом.

Гомогенизационный (диффузионный) отжиг

Данный режим отжига создан для легированных сталей и призван уменьшить неоднородность дендритного или внутрикристаллитного характера. Из-за нее при обработке давлением проявляются:

• хрупкость на излом;
• неравномерность характеристик в различных направлениях;
• слоистость излома;
• склонность к растрескиванию;
• недостаточная пластичность, вязкость.

Диффузионный отжиг стали проходит в несколько этапов:

• доведение металла до +1 200 °C, благодаря чему свойства структуры сплава выравниваются по всем направлениям;
• выдержка в течение 15–20 часов;
• быстрое снижение нагрева до +800…+820 °C и последующее постепенное естественное остывание материала.

Гомогенизация позволяет сформировать крупное зерно – его размеры потом уменьшают под воздействием температуры, давления.

Рекристаллизационный отжиг стали

Данный метод обработки подходит для металлов, деформированных посредством давления без повышения температуры. Такой тип отжига сталей нередко выполняет функцию окончательной или промежуточной стадии между этапами холодного деформирования. Основными процессами здесь считаются возврат и сама рекристаллизация.

Под первым понимают любые перемены в тонкой структуре, при которых не наблюдается изменения микроструктуры сплава, иными словами – сохраняются габариты и форма зерен. Все искажения кристаллической решетки восстанавливают нагревом в пределах +300…+400 °С.

Отжиг для снятия напряжений

Этот подход используют для удаления остаточных напряжений, присутствующих в отливках, сварных, резаных изделиях после неоднородного охлаждения, пластического воздействия. Такие напряжения чреваты изменением размеров, деформацией готовых металлических предметов при хранении, транспортировке, использовании по назначению.

Снятие напряжений при помощи отжига стали предполагает использование такой температуры:

Остаточные напряжения удается снизить посредством рекристаллизационного отжига, во время которого происходят описанные выше фазовые трансформации.

Полный отжиг доэвтектоидной стали

Полный отжиг стали предполагает нагрев выше критической точки А3 или окончания перекристаллизации, далее требуется выдержка на протяжении всех фазовых трансформаций и медленное охлаждение.

Превышение на 30–50 °C температуры А3 приводит к тому, что у стали формируется однофазная аустенитная структура с измельченным зерном, обеспечивающая повышенную вязкость и пластичность сплава. Более значительный нагрев вызывает увеличение размеров аустенитного зерна, из-за чего свойства заготовки оказываются хуже.

Температура и продолжительность выдержки зависят от типа изделий, способа их размещения в печи, высоты садки. Чтобы не допустить окисления и выгорания углерода в структуре стали после полного отжига, работу проводят в условиях защитной атмосферы.

Время остывания устанавливается в соответствии с химическим составом металла: чем большую устойчивость переохлажденного перлита он имеет, тем дольше его остужают. По этой причине после отжига температуру углеродистых сталей снижают на 100–150 °C в час, а легированных – всего на 40–60 °C за тот же отрезок времени.

Процесс остужения ускоряют, когда завершен распад аустенита в ферритной области. Для этого металл допускается содержать при естественных условиях. Если отжиг нацелен на удаление напряжений в изделиях, имеющих сложные формы, то обязательным условием становится их постепенное охлаждение в печи.

При помощи полного отжига обрабатывают сортовой прокат, фасонные отливки, поковки из сталей со средним содержанием углерода.

Данный подход предполагает нагрев как при полном отжиге, с тем лишь отличием, что потом требуется стремительное охлаждение до температуры, находящейся в диапазоне ниже критической точки А1. Чаще всего речь идет о +660…+680 °C. Далее проводится изотермическая выдержка в течение не более шести часов при достигнутых условиях, чтобы обеспечить распад аустенитной структуры. После чего заготовки оставляют остывать в естественных условиях.

Изотермический подход выгодно отличается от полного отжига стали меньшим временем воздействия, что важно при работе с легированными сплавами. Также он обеспечивает предельно однородную структуру по всему объему изделия. Если металл планируется резать, его отжиг проводят при +930…+950 °C, чтобы упростить дальнейшую обработку и обеспечить небольшое увеличение размеров зерен.

Изотермический отжиг обычно используют для поковок и компактного сортового проката из легированной стали. Метод не подходит для крупных садок массой более 20 тонн, так как условия, при которых протекают превращения, оказываются разными на отдельных участках.

Существует специализированная изотермическая обработка (или патентирование), предназначенная для пружинной стали со средним содержанием углерода (0,6–0,9 %). Этим методом проволоку подготавливают к многостадийному обжатию холодным волочением.

В первую очередь, металл доводят до температуры в +900 °C, обеспечивающей полную аустенизацию структуры. Далее заготовку погружают в соль при +450…+600 °C.

В результате такого отжига стали формируются структуры сорбита или тонкопластинчатого троостита, благодаря чему становятся возможны:

• значительные обжатия при протяжке;
• защита от обрывов металла во время деформаций без повышения температуры;
• высокая прочность изделия после завершения волочения.

Неполный отжиг заэвтектоидных сталей

В процессе неполного отжига сталь нагревают, немного выходя за пределы критической температуры А1. Так достигается лучшая обработка резанием легированных и углеродистых сталей, относящихся к заэвтектоидным, то есть с долей углерода свыше 0,8 %.

Отжиг заэвтектоидных сталей требует проведения следующих этапов:

Нормализационный отжиг

Метод нормализации сочетает в себе особенности закалки и отжига. С его помощью обеспечивается меньшая, чем при закалке, хрупкость, и повышенная твердость, недостижимая другими способами отжига стали. Это делает нормализацию распространенным в сфере машиностроения способом обработки деталей.

Нередко к нормализации переходят после прокатного нагрева. При этом металл нагревают:

• до температуры выше А3 на 40–50 °C, если речь идет о доэвтектоидных сталях;
• на 40–50 °C выше Аm, если используются заэвтектоидные марки металла.

Далее фазовые превращения завершаются краткосрочной выдержкой, после чего переходят к охлаждению на воздухе.

При нормализации происходит полная перекристаллизация, измельчение структуры, сформировавшейся в ходе литья, ковки, прокатки, штамповки. При работе с низкоуглеродистыми сталями отдают предпочтение данному методу, а не отжигу, чтобы задать металлу повышенную твердость, качество поверхности, увеличить производительность при резании.

Для ряда легированных марок нормализация с остужением на воздухе выполняет функцию закалки. В рамках этого способа обработки сортовой горячекатаный прокат нагревают высокочастотными токами.

Отжиг на зернистый перлит

Важной характеристикой заэвтектоидных инструментальных сталей с высоким содержанием углерода и структурой пластинчатого перлита является трудная обработка резанием. По этой причине их, как и стали с добавлением легирующих веществ, отжигают на зернистый перлит.

Добиться необходимых свойств стали после отжига и образования зернистого перлита невозможно без точного соблюдения температурного режима: при слишком медленном снижении степени нагрева зерна оказываются крупными, могут встречаться отдельные пластинки перлита, тогда как быстрое охлаждение задает структуру мелкозернистого или точечного перлита.

Дефекты и брак при отжиге и нормализации

После отжига стали и ее нормализации могут появляться дефекты, подлежащие и неподлежащие исправлению. Чаще всего приходится встречаться с такими проблемами:

Окисление

Сталь взаимодействует с печными газами, пока находится в пламенных или электрических печах, из-за чего окисляется, на заготовках появляется окалина. Увеличение температуры, времени выдержки приводит к резкому возрастанию степени окисления. В результате металл угорает, геометрия изделий меняется, сплав приобретает неровную поверхность под окалиной, затрудняется его резание. Избавиться от окалины можно травлением в серной кислоте или при помощи дробеструйных установок.

Обезуглероживание

Это выгорание углерода с поверхности металла при его окислении, которое негативно отражается на прочности конструкционной стали. Изделия с обезуглероженной поверхностью подвержены закалочному растрескиванию, короблению. Ярче всего данный дефект проявляется при отжиге стали в электрических печах.

Избежать подобного изменения свойств металла во время отжига, нормализации и закалки удается благодаря использованию неокисляющих или контролируемых атмосфер. То есть в рабочее пространство печи вводят защитные газы. Контролируемые атмосферы делятся по химическому составу на нейтральные, восстановительные и науглероживающие.

Универсальной и эффективной газовой средой считается эндотермическая, так как подходит для большинства термических и химико-термических операций. Ее создают посредством переработки природного газа в эндотермических генераторах, задавая 20 % СО, 40 % Н2, 40 % N2. Немаловажно, что состав можно регулировать по точке росы.

Перегрев

Пережог

Иногда, чтобы задать стали определенные технологические характеристики, хватает неполного отжига. Могут применяться сложные режимы, требующие больших временных затрат, – их подбирают в соответствии со свойствами металла. На полный отжиг стали может уйти свыше суток, если речь идет о крупных заготовках, причем подавляющая часть времени приходится на нагрев и медленное охлаждение по всем нормам.

Подробная информация об отжиге стали содержится в специальной литературе. При некоторых операциях необходимо соблюдать временной и температурный режим с точностью до минут и градусов. Выполнить обработку качественно получится только в муфельной печи, в противном случае будет сложно точно провести отдельные этапы, отталкиваясь в своих действиях лишь от цвета горячего сплава.

Свойства и качества металла зависят в первую очередь от его структуры, для изменения которой прибегают к термической обработке. Узнать о тонкостях, основных методах термического воздействия на сталь и другие материалы, целях их применения можно, углубившись в основы технологии металлов. Предметом этой науки являются приемы и способы создания, обработки металлических материалов.

Ассортимент изделий из металла огромен и в каждом случае требуются определенные, часто специфические качества материала. Обеспечить полный перечень марок производитель не в состоянии. Металлургические предприятия предлагают сырье, отвечающее ГОСТ, которое впоследствии дорабатывается на обрабатывающих производствах. Одна из ключевых операций — отжиг стали. На этой стадии металл приобретает необходимые технические свойства для последующей обработки. Чтобы понять, что такое отжиг стали, необходимо понимать для чего он делается, и какие процессы при этом происходят.

Почему необходима термическая обработка металла

Операцию проводят с целью улучшения технологических качеств сырья. Ключевым фактором становится температура отжига стали, которую необходимо выдерживать определенное время. При этом достигаются следующие цели:

1. Снижение твердости. Качественные показатели после обработки позволяют существенно уменьшить трудозатраты, сократить время операций, используя более широкий перечень режущих инструментов.
2. Улучшение микроструктуры. Под действием высокой температуры в определенный временной промежуток происходят существенные изменения на молекулярном уровне. Полученная однородная структура стали после отжига оптимальна для последующих механических и физических операций.
3. Для снятия внутренних напряжений. В процессе первичной обработки на металлургических предприятиях в металле возникает дисбаланс кристаллической структуры. Правильно подобрав виды отжига стали, достигают необходимых характеристик металла для конкретного случая.

Иногда достаточен неполный отжиг стали для получения нужных технологических кондиций. В зависимости от желаемых качественных показателей металла могут использоваться сложные и длительные по времени режимы. Полный отжиг стали может длиться более суток для габаритных изделий. Большую часть этого времени занимают нагрев до нужной температуры и медленное остывание, регламентированное типом термической обработки при заданном стандарте.

Подробно режим отжига стали описан в специальной литературе. Некоторые операции предполагают соблюдение временного режима и точной температуры, вплоть да нескольких градусов. Если есть муфельная печь, то процедуру можно выполнить качественно. Когда такого оборудования нет, то точно провести отдельные виды термообработки будет затруднительно. Ориентироваться придется исключительно по цвету раскаленного металла.

Цвета каления стали

Сделать отжиг стали в домашних условиях можно по упрощенной схеме. Проконтролировать температуру предмета, нагретого газовой горелкой точно не получится. Регулировать режимы нагрева и остывания металла можно только примерно. При обработке стали в домашних условиях сделать структурный анализ невозможно. Определяется температура неполного отжига только визуально. Целями в бытовых условиях становятся снижение прочности и повышение обрабатываемости изделия. Микроструктура стали после отжига меняется и можно проводить дальнейшие операции.

Виды отжига

Принято делить эту операцию на два основных вида. Отжиг стали может быть 1-го и 2-го рода. В первом случае не происходит фазовой рекристаллизации, но металл приобретает нужные качества. Устраняются последствия механической обработки металла на прокатных станах, штампах.

Упрочнение поверхности стали после физического воздействия на металлургическом комбинате называют наклепом.

Главное назначение отжига стали 1-го рода — снижение прочности и повышение пластичности, необходимой для дальнейшей обработки. Частичная рекристаллизация снижает внутренние напряжения, что делает изделия более надежными и долговечными.

Отжиг стали 2-го рода характеризуется кардинальными изменениями структуры. Фазовая рекристаллизация достигается нагреванием металла выше критических точек и точным выполнением режима охлаждения по температуре и времени. Такие виды отжига и их назначение определяются производственными задачами для получения необходимых качеств металла. Критические температуры являются серьезным фактором риска. В ряде случаев, например, при пережоге, возникают необратимые изменения в структуре. Такой металл отправляется на переплавку. Термообработка, отжиг и нормализация сталей сложный процесс дающий возможность получить из исходного сырья продукцию, отвечающую по заданным характеристикам запросы производителей конечных изделий.

Полный, неполный отжиг

Применяют термическую обработку для достижения необходимых качеств металла. Цель отжига стали определена как получение заданных технологических свойств. Они могут быть как общими, так и достаточно специфичными. Так неполный отжиг заэвтектоидной стали допустим при изготовлении конструкционных элементов, но при производстве деталей с заданными характеристиками будет недостаточен. Изменения структуры металла в обоих типах обработки различны. Играет роль не только время отжига стали, но и температура. Важным фактором успешного решения задачи является и режим охлаждения.

Полный отжиг стали

При неполном отжиге стали температура не достигает верхней критической точки. Менее жестки и требования по выдержке времени охлаждения. Выполняя полный отжиг сталей, металл разогревают выше критической точки. Затем выдерживают указанное время и точно выполняют график охлаждения. При термообработке, отжиге важно учитывать марку сырья, твердость, химический состав, поскольку технология и режимы определяются нормами ГОСТ.

Этот вид обработки применяется главным образом для легированных сплавов. Изометрический отжиг стали заключается в нагревании металла до аустенитного состояния с последующим ускоренным охлаждением до 660-680° C. Затем заготовку выдерживают при этой температуре, пока аустенит не превратится в перлит. После этого металл охлаждают на воздухе естественным способом.

Это самый быстрый и эффективный способ повысить пластичность металлов с высоким содержанием хрома.

Высокотемпературный отжиг нержавеющей стали и некоторых других конструкционных, инструментальных сплавов делается таким способом. Подобная технология позволяет снизить твердость легированных материалов до уровня, позволяющего эффективно обрабатывать впоследствии заготовку на металлорежущем оборудовании.

Изотермический отжиг характеризуется особым методом охлаждения. Заданное время материал выдерживается при температуре, указанной в нормах на одном уровне, а не падает постепенно, как в других вариантах обработки. Формирование однородной структуры происходит за счет полного распада аустенита и преобразований ферритов и перлитов. Таким способом обрабатывают жаростойкие сплавы.

Эффективна эта методика для обработки небольших изделий, штамповок, инструментальных заготовок.

Изотермический отжиг имеет небольшой по времени технологический цикл, однако достаточно эффективный для решения многих производственных задач.

Согласно отраслевым нормам, этот вид термообработки можно отнести к экстремальным. Металл нагревается до максимально возможной температуры, превышающей критические точки. Технология часто применяется для сплавов со сложными и легкоплавкими соединениями. При этом структура заэвтектоидной стали после отжига становится менее твердой и значительно пластичнее, что позволяет использовать широкий набор приемов для дальнейшей обработки. Метод требует полного контроля и соблюдения технологии, поскольку высоки риски перегрева и пережога, что может привести частично или полностью к утрате необходимых качеств и такой металл к дальнейшим операциям будет непригоден. Точная температура полного отжига доэвтектоидной стали и других марок металла есть в специальных справочниках.

Диффузионный отжиг стали

Правильно выполненная термообработка позволяет получить:

• равновесный химический состав;
• рост зерна;
• растворение избыточных фаз;
• образование, рост пор.

Последний пункт является побочным эффектом, относится к дефектам и при производстве стараются избегать возникновения этого явления. Технология отжига стали этим методом требует навыков и знаний, понимания разницы между отдельными видами и марками металла.

Рекристаллизационный отжиг

Методика, позволяющая избавиться от многих нежелательных качеств металла. Рекристаллизационный отжиг стали проводят с целью снять наклеп и другие последствия после некоторых механических операций. Технология применяют для обработки:

• листового проката;
• проволоки;
• прутков;
• труб;
• штамповки.

После рекристаллизационного отжига стали металл приобретает необходимые характеристики для получения изделий с заданными качествами.

Выбор технологии определяется химическим составом. При процедуре материал нагревают до значений, превышающих температуру кристаллизации не менее чем на 100-200° C. Необходимые свойства появляются в разной степени в зависимости от вида обработки. Чаще используют полный отжиг. При этом структурные изменения более существенные. В ряде случаев достаточен неполный отжиг.

Температурные зоны для рекристаллизационного отжига

Особенности отжига различных видов стали

Все термические операции с металлом проводят в строгом соответствии с предписанными требованиями к каждой марке. Определяющим значением становится содержание углерода, других металлов в составе сплава. Фактором, влияющим на твердость после отжига стали, является время выдержки в печи и режим охлаждения.

Для того чтобы точно выполнить условия охлаждения часто используются 2 печи. В одной поддерживается максимальная температура, а во второй изделие выдерживают необходимое количество времени до завершения внутренних структурных процессов. Так температура отжига нержавеющей стали в первой камере может превышать 1000° С, а потом изделия выдерживают несколько часов при 900° С и охлаждают до 300° С со скоростью 50-100° С в час. Дальнейшее охлаждение проводится на воздухе.

Режимы отжига быстрорежущих сталей Режимы отжига углеродистых инструментальных сталей Режимы отжига легированных инструментальных сталей

Значительную долю в общем объеме термообработки занимают доэвтектоидные стали. Содержание углерода в них менее 0, 8%. Структуру составляют феррит и перлит, поэтому в большинстве случаев достаточно провести неполный отжиг доэвтектоидных сталей, что снизит твердость и повысит пластичность. Низкоуглеродистые сплавы используются в больших объемах в строительстве, в конструкциях, возводимых в народном хозяйстве. Однако в отдельных случаях требования к структуре металла более жесткие. Тогда необходимо проводить полный отжиг доэвтектоидных сталей для снятия напряжений и получения равновесной структуры с заданными качествами. Применяемый способ выбирается, опираясь на требования производителей, возможности имеющегося обрабатывающего оборудования. В технической документации обозначены температуры и время, необходимое при отжиге, для достижения качеств получаемых закалкой и отпуском.

В процессе термической обработки происходят сложные изменения структурного характера, которые можно анализировать только на специальном оборудовании. Разрабатывались нормы и рекомендации, опираясь на научные данные, выполнение которых в производственных условиях обязательно. Получаемая структура при отжиге и другие показатели строго регламентированы и в домашних условиях практически невыполнимы. Однако добиться изменения структурного строения, сделать металл мягким и податливым своими руками можно. Качество отожженной стали для бытового применения будет достаточным. Для домашнего мастера не важно, эвтектоидного или аустенитного класса сплав у обрабатываемой детали.

Читайте также:

  
• Круг 75 сталь 09г2с
  
• Резервуар горизонтальный стальной 200 м3
  
• Алюминий применяемый в аэрокосмической отрасли или хирургическая нержавеющая сталь что лучше
  
• Общество с ограниченной ответственностью сп стальной канат
  
• Станок для резки стальной ленты