Hydratool.ru

Журнал "ГидраТул"
0 просмотров
Рейтинг статьи
1 звезда2 звезды3 звезды4 звезды5 звезд
Загрузка...

Как проводится отжиг стали

Как проводится отжиг стали

Термическая обработка стали

Термическая обработка стали проводится с целью улучшения механических свойств — прочности, пластичности, ударной вязкости, упругости, а также улучшения обрабатываемости деталей, снятия внутренних напряжений и стабилизации размеров.

Процесс термической обработки вкгючает три последовательные операции: нагрев металла с определенной скоростью до необходимой температуры, выдержку при этой температуре в течение некоторого времени, охлаждение с заданной скоростью.

Основными видами термической обработки являются: Отжит; первого и второго рода, вакалка, отпуск и термомеханкческая обработка.

Рекламные предложения на основе ваших интересов:
Дополнительные материалы по теме:

Отжиг первого рода — термическая обработка, не вызывающая структурных превращений или не оказывающая решающего влияния на структуру металла. Разновидностями отжига перевого рода является гомогенизационный, рекрцсталлцаационныйи низкий.

Гомогенизационный отжиг применяется для выравнивания химического состава зерен твердого раствора, уменьшения ликвации и устранения дендритной неоднородности. Процесс отжига протекает при нагреве до 1100—1200 °С, выдержке при этой температуре в течение 10—15 ч и медленном охлаждении.

Рекристаллизационный отжиг служит для улучшения стали, деформированной в холодном состоянии (наклеп после штамповки, холодной прокатки). Для этого сталь нагревают до 450—500 °С, в результате деформированные зерна изменяют свою структуру, большая часть внутренних напряжений снимается, а механические свойства стали изменяются незначительно.

Низкий отжиг служит также для снятия внутренних напряжений и проводится при нагреве стали до 350—600 °С. Это необходимо делать после технологических операций: отливки, обработки резанием, сварки и т. д.

Различают следующие разновидности отжига второго рода: полный, неполный, нормализационный (нормализация).

Полный отжиг применяется для доэвтэктоидных сталей с целью создания мелкозернистости, повышения пластичности и снятия внутренних напряжений. Он включает нагрев на 20—30 °С выше критической точки АСз, выдержку при этой температуре и последующее медленное охлаждение с печью. При полном отжиге из мелкозернистого аустенита образуется ферритно-перлитная структура стали.

Неполный отжиг проводится для заэвтэктоидных сталей с целью превращения пластинчатого перлита в структуру зернистого перлита, что положительно влияет на обрабатываемость деталей. Условия проведения отжига: нагрев до температур на 30—40 °С выше точки Ас^ выдержка и медленное охлаждение сначала с печью, а потом на воздухе.

Нормализация — процесс нагрева стали до температуры выше критической точки А , выдержка и охлаждение на воздухе. Нормализация проводится с той же целью, что и полный отжиг. Однако по сравнению с ним эта операция имеет ряд преимуществ: большая скорость охлаждения, возможность применения для всех сталей, улучшение ферритно-цементитной структуры и свойств. В связи с указанными преимуществами нормализация получила широкое применение вместо полного и неполного отжига.

Закалка стали служит для повышения ее прочности и твердости.

Во время закалки при нагреве происходят структурные превращения и образуются зерна аустенита. При быстром охлаждении аустенит распадается и образуется твердая структура — мартенсит.

В зависимости от характера охлаждения, формы деталей, подвергаемых закалке, а также содержания углерода в стали применяют следующие разновидности закалки: закалка в одной среде, в двух средах, ступенчатая закалка, изотермическая закалка, закалка с самоотпуском, поверхностная закалка.

Закалка в одной среде широко применяется для деталей простой формы и состоит в том, что после нагрева деталей до температуры закалки и небольшой выдержки их помещают в охлаждающую среду (воду) и оставляют до полного охлаждения.

Недостатком этого вида закалки является возникновение больших внутренних напряжений, которые могут вызвать образование трещин в деталях сложной формы. Поэтому примененпе закалки в одной среде допустимо для простых деталей из доэвтэктоидных сталей.

Читайте так же:
Вытяжка для заточного станка

Закалка в двух средах применяется для инструментов йз высокоуглеродистых сталей. Она заключается в том, что нагретое изделие после небольшой выдержки сначала быстро охлаждают в воде до температуры 300—400 °С, а затем охлаждение проводят в масле. Это способствует снижению внутренних напряжений при мартенситном превращении.

Ступенчатая закалка выполняется путем быстрого охлаждения детали в расплавленной соли, температура которой несколько выше температуры начала образования мартенсита. После выдержки при данной температуре, обеспечивающей выравнивание температур по всему сечению детали, ее вынимают из соляной ванны и охлаждают на воздухе.

Этот способ закалки применим только для мелких деталей, так как для крупных деталей горячая среда не может обеспечить большую скорость закалки и твердость их получается пониженной.

Изотермическая закалка производится так же, как и ступенчатая, но с более длительной выдержкой при температуре соляной ванны. В результате сталь приобретает структуру бейнита с сохранением необходимой пластичности. Изотермическая закалка широко применяется для деталей, склонных к короблению и образованию трещин.

Закалка с самоотпуском применяется для ударного инструмента (зубила, кувалды и т. д.). Сущность ее состоит в том, что деталь выдерживают в охлаждающей среде не до конца закалки, а извлекают раньше с целью сохранения тепла в сердцевине или на нерабочей части. За счет этого получается отпуск и твердость по поверхности детали распределяется неранномерно, возрастая к рабочей части. Температура отпуска определяется в процессе закалки по цветам побежалости, которые появляются на поверхности детали.

Поверхностная закалка производится при нагреве токами высокой частоты. Впервые этот метод был предложен профессором В. П. Вологдиным для закалки автомобильных деталей.

Сущность метода состоит в том, что деталь помещают в пндуктор, через который проходит ток высокой частоты от генератора. При этом вокруг индуктора возникает переменное магнитное поле, возбуждающее по закону электромагнитной индукции вихревые токи в детали, которые и нагревают ее поверхностный слой до температуры закалки. Изменяя частоту тока в идукторе, можно менять глубину нагрева и соответственно толщину закаленного слоя. По окончании нагрева деталь охлаждают водой. Весь процесс закалки занимает несколько секунд и поэтому является очень производительным.

Поверхностную закалку при нагреве токами высокой частоты проводят различными способами с использованием электромашинных и ламповых генераторов.

Отпуск стали представляет собой заключительную операцию термической обработки после закалки. Отпуск выполняют для стабилизации структуры стали, снижения внутренних напряжений, уменьшения хрупкости закаленной стали, повышения ее вязкости и некоторого снижения твердости.

При отпуске сталь нагревают ниже температуры критической точки ACl, выдерживают при этой температуре необходимое время и затем охлаждают. По температурам нагрева различают отпуск низкий, средний и высокий.

Низкий отпуск производится при температурах до 250 °С для инструментальных сталей, а также для деталей, прошедших поверхностную закалку. Такой отпуск снимает внутренние напряжения, не влияя на механические свойства сталей.

Средний отпуск осуществляется при нагреве деталей до 450 °С. Применяется при термической обработке пружин, рессор, штампов и ударного инструмента. При среднем отпуске повышается предел прочности и упругость.

Высокий отпуск проводят в интервале температур 500—600 °С. При этих температурах в стали образуется структура сорбита, которая обеспечивает наилучшие соотношения прочности и вязкости для качественных конструкционных сталей. Такой отпуск применяется для термической обработки шатунов, шатунных болтов, крестовин, карданов и т. д.

Читайте так же:
Как быстро научиться варить сваркой

Термомеханическая обработка стали представляет процесс улучшения стали, связанный с ее пластической деформацией и термической обработкой. Различают два основных способа термомеханической обработки — высокотемпературную механическую обработку ВТМО и низкотемпературную НТМО .

Механические свойства сталей, подвергнутых термомеханической обработке, получаются более высокими. Это объясняется тем, что в обоих случаях аустенит в результате деформации претерпевает изменения, которые передаются мартенситу при закалке, а затем выполняется отпуск на заданную прочность.

Как проводится отжиг стали

Ниже приведены источники, использованные при составлении конспекта по теме «Отжиг»

Отжиг, снижая твердость и повышая пластичность и вязкость за счет получения равновесной мелкозернистой структуры, позволяет:
— улучшить обрабатываемость заготовок давлением и резанием;
— исправить структуру сварных швов, перегретой при обработке давлением и литье стали;
— подготовить структуру к дальнейшей термической обработке.

Характерно медленное охлаждение со скоростью 30…100°С/ч.

Отжиг первого рода

1. Диффузионный (гомогенезирующий). Применяется для устранения ликвации, выравнивания химического состава. В его основе – диффузия. В результате нагрева выравнивается состав, растворяются избыточные карбиды. Применяется, в основном, для легированных сталей.

2. Рекристаллизационный отжиг проводится для снятия напряжений после холодной пластической деформации. Продолжительность зависит от габаритов изделия.

3. Отжиг для снятия напряжений после горячей обработки (литья, сварки, обработки резанием, когда требуется высокая точность размеров).
Температура нагрева выбирается в зависимости от назначения, находится в широком диапазоне: Т=160…700°С. Продолжительность зависти от габаритов изделия.

Отжиг второго рода

Предназначен для изменения фазового состава.

Является подготовительной операцией, которой подвергают отливки, поковки, прокат. Отжиг снижает твердость и прочность, улучшает обрабатываемость резанием средне- и высокоуглеродистых сталей.

В зависимости от температуры нагрева различают отжиг:
1. полный, с температурой нагрева на 30…50°С выше критической температуры А3.
Тк=А3+(30…50)°С

Проводится для доэвтектоидных сталей для исправления структуры.

При такой температуре нагрева аустенит получается мелкозернистый, и после охлаждения сталь имеет такую же мелкозернистую структуру.

Нормализация – разновидность отжига.

Термическая обработка, при которой изделие нагревают до аустенитного состояния, на 30…50°С выше А3 или АСТ с последующим охлаждением на воздухе.
Тк=А3+(30…50)°С
Или
Тк=АСТ+(30…50)°С

Нормализацию чаще применяют как промежуточную операцию, улучшающую структуру.

Для низкоуглеродистых сталей нормализацию применяют вместо отжига. Для среднеуглеродистых сталей нормализацию или нормализацию с высоким отпуском применяют вместо закалки с высоким отпуском. В этом случае механические свойства несколько ниже, но изделие подвергается меньшей деформации, исключаются трещины.

2. неполный, с температурой нагрева на 30…50°С выше критической температуры А1.
Тк=А1+(30…50)°С

Применяется для заэвтектоидный сталей.

Неполный отжиг является обязательным для инструментальных сталей.

Отжиг состоит в нагреве металла, выдержке и последующем медленном охлаждении (вместе с печью). Отжиг приближает металл к равновесию.

Отжиг первого рода проводят для получения более равновесной, чем исходная, структуры, не связывая эту цель с наличием или отсутствием фазовой перекристаллизации. Примерами отжига первого рода являются рекристаллизационный отжиг, диффузионный отжиг.

При рекристаллизационном отжиге деформационной упрочненный металл нагревают несколько выше температурного порога рекристаллизации. В результате отжига материал приобретает такие же механические свойства, какие он имел до деформации.

Диффузионный (гомогенизирующий) отжиг проводят при нагреве до высоких температур (применительно к сталям – значительно выше Ас3 или Аст), предполагающих интенсивную диффузию атомов. Такому отжигу подвергают, например, отливки для устранения дендритной ликвации (гомогенизации сплава). При отжиге второго рода непременно протекает, хотя бы частичная, фазовая перекристаллизация. К отжигу второго рода относятся неполный отжиг, полный отжиг.

Читайте так же:
Как сделать бабку своими руками

При неполном отжиге нагрев ведут до температуры Ас1 (ниже Ас3 или Аст). Происходит частичная перекристаллизация сплава (меняется перлитная соствляющая). Чаще неполный отжиг применяют для заэвтектоидных сталей (сфероидизирующий отжиг).

При полном отжиге сталь нагревают до Ас3 или Аст. Происходит полная перекристаллизация сплава.

Если при полной закалке (полном отжиге) охлаждение нагретой заготовки ведут на спокойном воздухе, то такая термическая обработка называется нормализацией.

Процесс отжига стали и металла: виды, особенности, технология

Обработка стали

На дворе XXI век — это век развитых технологий, инфраструктуры и промышленности. Это касается и области металлургии, которая имеет важнейшее значение для строительства. С рождением новых возможностей и идей повышаются и требования к качеству материалов. Человечество, которое совсем недавно освоило технологию обработки и применения металла и различных сплавов, больше не устраивают естественные механические свойства.

Отныне лишь высокопрочные и высококачественные материалы могут быть использованы в строительстве. И именно для изменения естественных свойств металла применяются различные методики термической обработки, такие, как отжиг металла, которые позволяют значительно повысить его прочность и обрабатываемость.

Что представляет собой отжиг

Метод обработки стали

Отжиг — это один из методов термической обработки металла и стали. В его основе лежит нагрев до очень высокой температуры. То есть металл нагревается до нужной температуры в зависимости от цели и метода, выдерживается в таком состоянии на какое-то время, а затем постепенно охлаждается.

Отжиг может проводиться в самых разнообразных случаях. Для примера можно рассмотреть самые основные. Обычно он проводится в следующих целях:

  • для уменьшения внутренней напряженности металла, который может возникнуть в результате ковки, иного воздействия на него, или обработки;
  • для повышения механических свойств и прочности металла;
  • для придания однородности его структуре;
  • чтобы улучшить пластичность, что очень важно во время обработки;
  • для повышения уровня сопротивляемости и ударной вязкости и др.

Виды особенности

В зависимости от цели и предназначения отжиг может иметь следующие разновидности:

  • полный и неполный;
  • рекристаллизационный;
  • диффузионный;
  • изотермический;
  • сфероидизация;
  • нормализация и др.

Более подробно рассмотрим некоторые из них.

Технология полного отжига

Как происходит отжиг

Полный отжиг проводится в целях измельчения зерна и улучшения качества обработки с использованием режущего инструмента, а также для устранения внутренней напряженности. Ему подвергаются изделия, изготовленные из доэвтектоидного сплава или стали, в составе которой содержится карбон в количестве, не превышающем 0,8%. К таким изделиям относятся кованые и литые детали.

Что касается технологии: изделие подвергается нагреву, который достигает критической точки, равной примерно 20−50 градусов, имеющий условное обозначение А3. Затем выдерживают в этом состоянии столько, сколько необходимо, и медленно охлаждают. Температура нагрева определяется в зависимости от типа стали по диаграмме состояния. Для каждого типа стали существуют определенные значения температур, при которых достигается необходимая степень нагрева. Эти значения можно найти в справочных таблицах.

Время охлаждения также продиктовано структурой и составом стали, например, изделия из углеродистой стали охлаждают на 180−200 градусов в час, низколегированные стальные детали охлаждаются на 90 градусов в час, высоколегированную сталь, если она подвергается полному отжигу, охлаждают еще медленнее — 50 градусов в час. Поскольку изделия из высоколегированной стали зачастую подвергают другому типу термической обработки, изотермическому, однако бывают и исключения.

Вследствие полного отжига неоднородная структура углеродистой и доэвтектоидной стали, состоящая из крупных и мелких зерен и зачастую не удовлетворяющая по своим механическим свойствам, становится однородной и податливой для обработки. Именно в этих целях и проводится полный отжиг.

Читайте так же:
Бритва какую выбрать отзывы

Особенности и цель неполного отжига

Для жего делается отжиг

Если полный отжиг предназначается для изделий, не отвечающих никаким требованиям, то неполный проводится на тех же объектах с более или менее удовлетворительными механическими свойствами. То есть в результате неполной термической обработки изменится лишь перлитовая структура металла, а ферритовая останется неизменной. «Перлит» в переводе с французского означает «жемчужина», он входит в состав структуры стали, чугуна и иных железоуглеродистых сплавов. Перлит состоит из феррита и цементита, образующих эвтектоидную смесь. Другими словами, основная цель — сделать сталь мягкой и пластичной, насколько это возможно.

Технологически процесс неполного отжига отличается степенью нагрева, в данном случае он достигает критической точки на 30−50 градусов выше до А1. Температура нагрева достигает 770 градусов, постепенное охлаждение происходит со скоростью 60 градусов в час: сначала в печи до 600 градусов, а затем на открытом воздухе.

Такая термообработка также применяется для заэвтектоидной и легированной стали. Она нагревается до критической точки Ас1, превышающей на 10−30 градусов. В результате такого нагрева происходит перекристаллизация сплава, которая, в свою очередь, способствует образованию сферической формы перлита. Этот процесс еще называется сфероидизацией.

Рекристаллизация и диффузия

  • Рекристаллизационный отжиг проводится с целью восстановления кристаллической решетки, нарушенной в результате деформации стали. Деформация приводит к наклепу, который сопровождается снижением пластичности, сталь становится очень жесткой, что делает ее обработку невозможной. Деформированная сталь нагревается до 650−680 градусов, вследствие чего ферритовые и перлитовые зерна, находящиеся в вытянутом в сторону деформации состоянии, распределяются равномерно, восстанавливая кристаллическую решетку и возвращая стали пластичность и мягкость.
  • Диффузионный отжиг проводится в целях выравнивания структурной однородности на химическом уровне, то есть на атомном. Такая необходимость может возникнуть во время затвердевания литых слитков, иначе этот эффект называется дендритной ликвацией. Гомогенизация, или диффузионный отжиг, позволяет ликвидировать дендритную ликвацию посредством перемещения атомов примесей из части с высоким скоплением в часть, где наблюдается их нехватка, таким образом выравнивая химическую структуру.

Чтобы данный процесс протекал успешно, нагрев проводится при очень высоких температурах, с более длительной выдержкой и с медленным охлаждением, в отличие от видов, рассмотренных выше. То есть это температуры, превышающие 1000 градусов, длительность выдержки составляет более 12 часов.

Предназначение изотермического отжига и нормализации

Особенности технологии

Изотермический отжиг применяется для высоколегированных и высокохромистых сталей. Его особенность заключается в нагреве металла на 30−50 градусов выше критической точки Ас3 и в ускоренном охлаждении до температуры выдержки ниже критической точки А1, а затем в естественном охлаждении на открытом воздухе.

Данный вид дает несколько видимых преимуществ, первое из которых заключается во времени, то есть весь процесс — начиная от нагрева, выдержки и до остывания — занимает гораздо меньше времени, чем этап остывания детали вместе с печью. Второе преимущество состоит в том, что при изотермической выдержке и резком охлаждении достигается более сглаженная и однородная структура по сечению детали.

Отжиг 1 рода стали

Отжига I рода в зависимости от температурных условий выполнения устраняет химическую или физическую неоднородность, созданную предшествующими обработками. Характерная особенность этого отжига состоит в том, что устранение неоднородности происходит независимо от того, протекают ли в сплавах при этой, обработке фазовые превращения или нет, поэтому отжиг I рода можно производить при температурах выше или ниже температур фазовых превращений.

Читайте так же:
Значки шероховатости на чертежах

Гомогенизация (диффузионный отжиг)

Диффузионный отжиг применяют для слитков легированной стали с целью уменьшения дендритной или внутрикристаллитной ликвации, которая повышает склонность стали, обрабатываемой давлением, к хрупкому разрушению, к анизотропии свойств и возникновению таких дефектов, как шиферность (слоистый излом) и флокены (тонкие внутренние трещины, наблюдаемые в изломе в виде белых овальных пятен).

Дендритная ликвация понижает пластичность и вязкость легированной стали, поэтому не только слитки, но и крупные отливки нередко подвергают гомогенизации. Нагрев при диффузионном отжиге должен быть высоким (1100–1200 °С), так как только в этом случае более полно протекают диффузионные процессы, необходимые для выравнивания в отдельных объемах состава стали.

Общая продолжительность диффузионного отжига (нагрев, выдержка и медленное охлаждение) больших садок металла достигает 50–100 ч и более. В зависимости от состава стали и массы садки продолжительность выдержки составляет 8–20 ч.

Для удаления поверхностных дефектов слитки после отжига иногда подвергают нагреву при 670–680° в течение 1–16 ч, что снижает твердость. Фасонные отливки после гомогенизации подвергают полному отжигу или нормализации для измельчения зерна и улучшения свойств.

Рекристаллизационный отжиг

Под рекристаллизационным отжигом понимают нагрев холоднодеформированной стали выше температуры рекристаллизации, выдержку при этой температуре с последующим охлаждением. Этот вид отжига применяют перед или после холодной обработки давлением и как промежуточную операцию для снятия наклепа между операциями холодного деформирования.

Температура отжига для достижения рекристаллизации по всему объему и сокращения времени процесса превышает температуру порога рекристаллизации. Для углеродистых сталей с 0,08–0,2 % С, чаще подвергаемых холодной деформации (прокатке, штамповке, волочению), температура отжига 680–700 °С. Отжиг калиброванных прутков (холодная протяжка) из высокоуглеродистой легированной стали (хромистой, хромокремнистой и др.) проводят при 730 °С. Продолжительность нагрева составляет от 0,5 до 1,5 ч.

При отжиге стали, кроме рекристаллизации феррита может протекать процесс коагуляции и сфероидизации цементита, в результате которого повышается пластичность стали и облегчается обработка давлением.

Отжиг для снятия остаточных напряжении

Этот вид отжига применяют для отливок, сварных изделий, деталей после обработки резанием и д. р., в которых в процессе предшествующих технологических операций из-за неравномерного охлаждения, неоднородной пластической деформации и. т. п. возникли остаточные напряжения.

Остаточные напряжения могут вызвать изменение размеров, коробление и поводку изделия в процессе его обработки (например, резанием), эксплуатации или хранении. При резании за счет удаления части металла происходит нарушение равновесия остаточных напряжений, влекущих за собой деформацию изделия. Изменение размеров в процессе хранения связано с перераспределением остаточных напряжений при их релаксации. Отжиг стальных изделий для снятия напряжений проводится при температуре 160–700 °С с последующим медленным охлаждением. Например, многие детали прецизионных станков (ходовые винты, высоконапряженные зубчатые колеса, червяки и д. р.) нередко проходят отжиг (отпуск), после ос¬новной механической обработки при 570–600 °С в течение 2-3 ч и после окончательной механической обработки для снятия шлифовочных напря¬жений при 160–180 °С 2–2,5 ч. Отжиг для снятия сварных напряжений проводится при 650–700 °С.

Остаточные напряжения снимаются и при проведении других видов отжига, например рекристаллизационного, с фазовой перекристаллизацией, а также при отпуске (особенно высоком) закаленной стали.

голоса
Рейтинг статьи
Ссылка на основную публикацию
Adblock
detector