Отжиг стали.

 

ЛЕКЦИЯ. Металловедение.

Отжиг стали.

 Отжигом называется процесс термической обработки, заключающийся в нагреве стали до определённой температуры, выдержке и последующем, как правило, медленном охлаждении с целью получения более равновесной структуры.

Свойства стали после отжига – низкая твёрдость, прочность, высокая пластичность.

Структура стали после отжига соответствует диаграмме Fе – Ц.

Различают два вида отжига: I и II рода.

Отжиг I рода включает процессы гомогенизации, рекристаллизации и снятия остаточных напряжений. Характерно то, что указанные превращения происходят независимо от того, протекают ли в сплавах при этой обработке фазовые превращения или нет. Поэтому отжиг I рода можно проводить при температурах выше или ниже температур фазовых превращений.

Гомогенизация (диффузионный отжиг): подвергают слитки и крупные отливки из легированной стали с целью уменьшения дендритной или внутрикристаллитной ликвации, которая повышает склонность стали, обрабатываемой давлением, к хрупкому излому, анизотропии свойств, образованию таких дефектов, как шиферность и флокены. Дендритная ликвация уменьшает пластичность и вязкость легированных сталей. Температура нагрева 1100 – 12000С, выдержка 15-20 час. в печи (в зависимости от состава стали и массы садки). Далее садку охлаждают до 800-8200С в печи, а потом на воздухе.

Общая продолжительность отжига больших садок металла 50-100 час.

Во многих случаях для уменьшения дендритной ликвации специального диффузионного отжига не проводят, а выполняют более высокий и длительный нагрев для горячей обработки.

 Такие условия необходимы для полного протекания диффузионных процессов.

В результате диффузионного отжига получается крупное зерно. Это устраняется при последующей обработке слитка давлением или в процессе последующей термической обработки. Фасонные отливки подвергают полному отжигу или нормализации для измельчения зерна и улучшения свойств.

Рекристаллизационный отжиг. Под ним подвергают нагрев холоднодеформированной стали выше температуры рекристаллизации, выдержку при этой температуре с последующим охлаждением. Рекристаллизационный отжиг применяют перед холодной обработкой давлением и как промежуточную операцию для снятия наклёпа между операциями холодного деформирования.

Для углеродистых сталей (0,08 – 0,2%С) температура отжига 680 – 7000С.

Кроме рекристаллизации Ф при отжиге стали может протекать коагуляция и сфероидизация Ц, что повышает пластичность и облегчает выполнение холодной пластической деформации.

Отжиг для снятия остаточных напряжений. Подвергают отливки, сварные изделия, детали после обработки резанием и т.д., в которых в процессе предшествующих технологических операций (из-за неравномерного охлаждения, неоднородной пластической деформации и т.д.) возникли остаточные напряжения.

Остаточные напряжения являются часто причиной корабления изделий или изменения их размеров при хранении.

 Температура отжига – 200-7000С, чаще 350-6000С.

Отжиг II рода заключается в нагреве стали выше т. Ас1 и Ас3, выдержке и медленном охлаждении, в результате которого фазовые превращения приводят к достижению практически равновесного структурного состояния. После отжига сталь имеет низкую твёрдость и прочность при высокой пластичности. При фазовой перекристаллизации измельчается зерно.

 В большинстве случаев отжиг является подготовительной термической обработкой. Подвергают отливки, поковки, сортовой и фасонный прокат, трубы, горячекатаные листы. Понижая твёрдость и прочность отжиг облегчает обработку резанием средне и высокоуглеродистой стали. Измельчая зерно, снимая внутренние напряжения и уменьшая структурную неоднородность, он способствует увеличению пластичности и вязкости по сравнению со свойствами, полученными после литья, ковки, штамповки. В некоторых случаях (для многих крупных отливок) отжиг является окончательной термической обработкой.

 Полный отжиг. Заключается в нагреве доэвтектоидной стали на 30-500С выше т. Ас3, выдержке и медленном охлаждении. Происходит полная фазовая перекристаллизация. Образуется мелкозернистый А, поэтому после охлаждения возникает мелкозернистая структура, обеспечивающая высокую вязкость и пластичность.

Скорость охлаждения зависит от состава стали. Легированные стали, обладающие большей устойчивостью переохлаждённого А охлаждаются значительно медленнее (10-1000/ч), чем углеродистые (150-2000/ч). После распада А в перлитной области дальнейшее охлаждение можно проводить даже на воздухе. В отливках сложной конфигурации медленное охлаждение с печью проводят до комнатной температуры.

Заэвтектоидные стали не подвергаются полному отжигу. Возможно образование цементитной сетки.

Полному отжигу подвергают сортовой прокат, поковки, фасонные отливки.

Изотермический отжиг. Обычно легированные стали нагревают, как и для полного отжига, и быстро охлаждают (обычно переносом в другую печь) до температуры ниже т. Аr1 (100-1500С). Проводят изотермическую выдержку для полного распада А, после чего охлаждают на воздухе.

Преимущество изотермического отжига:

  • Сокращается длительность процесса (особенно для легированных сталей);
  • Получается более однородная структура (т.к. при изотермической выдержке температура по сечению детали выравнивается и превращение по всему объёму происходит при одинаковой степени переохлаждения).

Подвергают поковки и другие заготовки небольших размеров. При отжиге больших садок быстрое и равномерное охлаждение до температуры изотермической выдержки невозможно. Превращения на разных участках протекают при разных температурах, что приводит к неравномерной структуре и твёрдости.

Непоный отжиг. Сталь нагревают немного выше т. Ас1. Неполный отжиг главным образом применяют для заэвтектоидных сталей. Нагрев выше Ас1 вызывает практически полную перекристаллизацию и позволяет получить зернистую (сфероидальную) форму П вместо пластинчатой. Такой отжиг называют сфероидизацией.

Частицы Ц, не растворившегося при нагреве, служат центрами кристаллизации для Ц, выделяющегося при последующем охлаждении ниже т. Аr1  и принимающего зернистую форму.В результате нагрева значительно выше Ас1 и растворения большей части Ц, последующее выделение его ниже т. Ас1 происходит в пластинчатой форме.

 Для отжига на зернистый П эвтектоидные стали нагревают на температуру 750-7600С, заэвтектоидные 770-7900С, легированные заэвтектоидные  для получения зернистых карбидов на температуру 770-8200С.

Охлаждение до 620-6800С при сфероидизации медленное (должно обеспечить распад А на феррито-карбидную структуру, сфероидизацию и коагуляцию образующихся карбидов).

Сталь с зернистым П имеет более низкую твёрдость и прочность более высокую пластичность.

Твёрдость эвтектоидной стали с пластинчатым П 228 НВ, с зернистым 163 НВ, δ 15 и 20%.

 После отжига на зернистый П эвтектоидные и заэвтектоидные стали обладают наилучшей обрабатываемостью резанием.

Неполный отжиг для доэвтектоидных сталей применяют для улучшения обрабатываемости их резанием. При этом происходит частичная перекристаллизация стали (П А).

Для повышения пластичности отжигу на зернистый П подвергают также тонкие листы и пружины из низко и среднеуглеродистой стали перед холодной штамповкой или волочением.

Нормализация. Заключается в нагреве доэвтектоидной стали выше т. Ас3 на 30-500С, заэвтектоидной выше Асm + (30-500C), выдержке и охлаждении на воздухе. Нормализация вызывает полную фазовую перекристаллизацию, измельчает зерно.

Нормализацию применяют для улучшения свойств стальных отливок вместо закалки и отпуска.

Охлаждение на воздухе приводит к распаду А при более низких температурах, что повышает дисперсность Ф-Ц структуры, приводит к получению С и Т. Это повышает прочность и твёрдость и средне и высокоуглеродистой стали по сравнению с отожженной. Для низкоуглеродистых сталей нормализацию применяют вместо отжига. Для отливок из среднеуглеродистой стали нормализацию или нормализацию с высоким отпуском применяют вместо закалки и высокого отпуска. Это уменьшает механические свойства, но детали будут подвергнуты меньшей деформации.

 

Добавить комментарий

Ваш e-mail не будет опубликован. Обязательные поля помечены *