Отжиг. Виды отжига и его назначение. Структура и механические свойства стали после отжига

Отжиг - термическая обработка заключающаяся в нагреве металла до определенных температур, выдержка и последующего очень медленного охлаждения вместе с печью. Применяют для улучшения обработки металлов резанием, снижения твердости, получения зернистой структуры, а также для снятия напряжений, устраняет частично (или полностью) всякого рода неоднородности, которые были внесены в металл при предшествующих операциях (механическая обработка, обработка давлением, литье, сварка), улучшает структуру стали.

Отжиг первого рода. Это отжиг при котором не происходит фазовых превращений, а если они имеют место, то не оказывают влияния на конечные результаты, предусмотренные его целевым назначением. Различают следующие разновидности отжига первого рода: гомогенизационный и рекристаллизационный.

Гомогенизационный - это отжиг с длительной выдержкой при температуре выше 950°С (обычно 1100-1200°С) с целью выравнивания химического состава.

Рекристаллизационный - это отжиг наклепанной стали при температуре, превышающей температуру начала рекристаллизации, с целью устранения наклепа и получение определенной величины зерна.

Отжиг второго рода. Это отжиг, при котором фазовые превращения определяют его целевое назначение. Различают следующие виды: полный, неполный, диффузионный, изотермический, светлый, нормализованный (нормализация), сфероидизирующий (на зернистый перлит).

Полный отжиг производят путем нагрева стали на 30-50°С выше критической точки, выдержкой при этой температуре и медленным охлаждением до 400-500°С со скоростью 200°С в час углеродистых сталей, 100°С в час для низколегированных сталей и 50°С в час для высоколегированных сталей. Структура стали после отжига равновесная, устойчивая.

Неполный отжиг производится путем нагрева стали до одной из температур, находящейся в интервале превращений, выдержкой и медленным охлаждением. Неполный отжиг применяют для снижения внутренних напряжений, понижения твердости и улучшения обрабатываемости резанием

Диффузионный отжиг. Металл нагревают до температур 1100-1200°С, так как при этом более полно протекают диффузионные процессы, необходимые для выравнивания химического состава.

Изотермический отжиг заключается в следующем: сталь нагревают, а затем быстро охлаждают (чаще переносом в другую печь) до температуры, находящейся ниже критической на 50-100?С. В основном применяется для легированных сталей. Экономически выгоден, так как длительность обычного отжига (13-15) ч, а изотермического отжига (4 - 6) ч

Сфероидизирующий отжиг (на зернистый перлит) заключается в нагреве стали выше критической температуры на 20-30°С, выдержке при этой температуре и медленном охлаждении.

Светлый отжиг осуществляется по режимам полного или неполного отжига с применением защитных атмосфер ил в печах с частичным вакуумом. Применяется с целью защиты поверхности металла от окисления и обезуглероживания.

Нормализация - заключается в нагреве металла до температуры на (30-50)°С выше критической точки и последующего охлаждения на воздухе.

Для среднеуглеродистых сталей нормализацию применяют вместо закалки и высокого отпуска. Высокоуглеродистые стали подвергают нормализации с целью устранения цементитной сетки. Нормализацию с последующим высоким отпуском применяют вместо отжига для исправления структуры легированных сталей.

Нормализация по сравнению с отжигом - более экономичная операция, так как не требует охлаждения вместе с печью.

Контрольные вопросы

1. Для каких материалов применяют отжиг 1 рода?

2. Назначение отжига 1 рода.

3. Что представляет собой отжиг 1 рода?

4. Назовите разновидности отжига первого рода.

5. Какие материалы подвергаются отжиг 1 рода?

6. Назначение отжига 2 рода.

7. Что представляет собой отжиг 2 рода?

8. Достоинства отжига.

9. Назначение нормализации.

10. Назовите область применения нормализации.

Закалка стали

Закалка - это нагрев до оптимальной температуры, выдержка и последующее быстрое охлаждение с целью получения неравновесной структуры.

В результате закалки повышается прочность и твердость и понжается пластичность стали. Основные параметры при закалке - температура нагрева и скорость охлаждения. Критической скоростью закалки называется скорость охлаждения, обеспечивающая получение структуры - мартенсит или мартенсит и остаточный аустенит.

В зависимости от формы детали, марки стали и требуемого комплекса свойств применяют различные способы закалки.

Закалка в одном охладителе. Деталь нагревают до температуры закалки и охлаждают в одном охладителе (вода, масло).

Закалка в двух средах (прерывистая закалка) - это закалка при которой деталь охлаждают последовательно в двух средах: первая среда - охлаждающая жидкость (вода), вторая - воздух или масло.

Ступенчатая закалка. Нагретую до температуры закалки деталь охлаждают в расплавленных солях, после выдержки в течении времени необходимого для выравнивания температуры по всему сечению, деталь охлаждают на воздухе, что способствует снижению закалочных напряжений.

Изотермическая закалка так же, как и ступенчатая, производится в двух охлаждающих средах. Температура горячей среды (соляные, селитровые или щелочные ванны) различна: она зависит от химического состава стали, но всегда на 20-100°С выше точки мартенситного превращения для данной стали. Окончательное охлаждение до комнатной температуры производится на воздухе. Изотермическая закалка широко применяется для деталей из высоколегированных сталей. После изотермической закалки сталь приобретает высокие прочностные свойства, то есть сочетание высокой вязкости с прочностью.

Закалка с самоотпуском имеет широкое применение в инструментальном производстве. Процесс состоит в том, что детали выдерживаются в охлаждающей среде не до полного охлаждения, а в определенный момент извлекаются из нее с целью сохранения в сердцевине детали некоторого количества тепла, за счет которого производится последующий отпуск.

Контрольные вопросы

1. Назначение закалки.

2. Назовите виды закалки, применяемой в зависимости от формы детали, марки стали и требуемого комплекса свойств.

3. Технология процесса закалки в одном охладителе.

4. Технология процесса закалки в двух средах (прерывистая закалка).

5. Технология процесса ступенчатой закалки.

6. Технология процесса изотермической закалки.

7. Технология процесса закалки с самоотпуском.

Отпуск стали

Отпуск стали является завершающей операцией термической обработки, формирующей структуру, а, следовательно, и свойства стали. Отпуск заключается в нагреве стали до различных температур (в зависимости от вида отпуска, но всегда ниже критической точки), выдержке при этой температуре и охлаждении с разными скоростями. Назначение отпуска - снять внутренние напряжения, возникающие в процессе закалки, и получить необходимую структуру.

В зависимости от температуры нагрева закаленной детали различают:

- отпуск низкотемпературный - при температурах 150-250°С, твердость детали после закалки почти не изменяется (для режущего и мерительного инструмента из углеродистых и низколегированных сталей, для которых необходимы высокая твердость и износостойкость),

- среднетемпературный - при температурах нагрева 350 - 500°С; широко применяется для пружинной и рессорной сталей,

- высокотемпературный  при температурах нагрева выше 350-600°С, но ниже критической точки (для среднеуглеродистых конструкционных сталей, к ко­торым предъявляются высокие требования по пределу выносливости и ударной вязкости).

Контроль отпуска осуществляется по цветам побежалости, появляющимся на поверхности детали.

Контрольные вопросы

1. Назначение отпуска.

2. Технология процесса отпуска.

3. Назовите классификацию отпуска стали в зависимости от температуры нагрева закаленной детали.

4. Технология процесса высокого отпуска и область применения.

5. Технология процесса среднего отпуска и область применения.

6. Технология процесса низкого отпуска и область применения.