Скидка на подшипники из наличия!
Уже доступен
Отжиг стали — термическая операция нагрева металла до заданной температуры с последующим медленным охлаждением, как правило, вместе с печью. Цель процесса — улучшить структуру, снять внутренние напряжения и повысить обрабатываемость. Отжиг применяется в машиностроении, инструментальном производстве и металлообработке как подготовительная или финишная операция термического цикла.
Отжиг стали — это вид термической обработки второго рода, при котором металл нагревают выше или ниже критических точек (Ac1 или Ac3), выдерживают при рабочей температуре и охлаждают с регулируемой малой скоростью. В результате формируется равновесная или близкая к ней микроструктура: феррит, перлит, сорбит — в зависимости от марки стали и режима обработки.
Основные задачи, решаемые отжигом:
Без грамотно проведённого отжига заготовки из легированных сталей нередко дают трещины при закалке или имеют недопустимую твёрдость при механической обработке.
По отношению к критическим точкам и цели операции различают несколько разновидностей отжига. Каждая из них применяется в определённых технологических ситуациях и к конкретным группам сталей.
Нагрев до Ac3 + 30...50 °C (для конструкционных доэвтектоидных сталей, как правило, 810–920 °C в зависимости от марки), выдержка и медленное охлаждение с печью. Скорость охлаждения: для углеродистых сталей — 50–100 °C/ч, для легированных — 30–50 °C/ч до температуры 500–600 °C, далее — на воздухе. Применяется к доэвтектоидным сталям. Обеспечивает полную перекристаллизацию, устраняет крупное зерно и видманштеттову структуру.
Нагрев в межкритическом интервале — Ac1 + 30...40 °C (730–770 °C для углеродистых сталей). Структура не претерпевает полной перекристаллизации: перлит переходит в аустенит, а избыточный феррит или цементит остаются. Применяется к заэвтектоидным и инструментальным сталям для снижения твёрдости перед механической обработкой. Охлаждение медленное — 20–30 °C/ч для инструментальных сталей.
Сталь нагревают так же, как при полном отжиге, затем быстро переносят в печь с постоянной температурой 650–680 °C (ниже Ar1) и выдерживают 4–6 часов до полного распада аустенита. После изотермической выдержки охлаждение произвольное — на воздухе. Цикл в 2–3 раза короче, чем при обычном полном отжиге. Метод особенно эффективен для легированных сталей типа 18ХГТ, 20ХГНМ, 40Х. Не применяется для садок массой более 20 т из-за невозможности обеспечить равномерную температуру по всему объёму.
Высокотемпературный нагрев до 1050–1200 °C, длительная выдержка 10–15 часов и медленное охлаждение. Устраняет дендритную ликвацию в крупных слитках и фасонных отливках. После гомогенизации, как правило, проводят дополнительный полный или изотермический отжиг для измельчения огрублённого зерна аустенита.
Нагрев до 650–700 °C — ниже Ac1. Применяется к холоднодеформированным (наклёпанным) сталям после прокатки, волочения, штамповки. Восстанавливает пластичность, устраняет текстуру деформации. Выдержка — 0,5–1,5 часа, охлаждение — на воздухе или медленное. Фазовых превращений не происходит.
Нагрев до 550–650 °C без фазовых превращений, выдержка 2–6 часов, охлаждение с печью. Устраняет остаточные напряжения после сварки, литья, шлифования. Твёрдость и прочность практически не изменяются. Незаменим для крупногабаритных сварных конструкций и корпусных деталей.
Температурный режим подбирается исходя из химического состава стали и её критических точек (Ac1 и Ac3). Ниже приведены типовые параметры для распространённых марок в соответствии со справочными данными по термической обработке.
Важно: критические точки Ac1 и Ac3 конкретных марок определены и опубликованы в справочниках термиста и ГОСТ. Для легированных сталей скорость охлаждения при отжиге снижают до 20–50 °C/ч, поскольку повышенная устойчивость аустенита требует более медленного охлаждения во избежание образования бейнитных или мартенситных составляющих. Быстрорежущие стали требуют ещё более замедленного охлаждения — 20–25 °C/ч до температуры 600 °C.
При нагреве выше Ac1 перлит растворяется и формируется аустенит. Если температура превышает Ac3, весь феррит также переходит в аустенитное состояние — наступает полная перекристаллизация. В ходе выдержки выравниваются концентрации углерода и легирующих элементов, зерно аустенита приобретает однородный размер.
При медленном охлаждении в соответствии с диаграммой состояния Fe–C аустенит распадается на феррит и перлит в диапазоне температур 720–650 °C для большинства углеродистых сталей. Чем медленнее охлаждение, тем более грубопластинчатый перлит образуется — твёрдость снижается, обрабатываемость резанием улучшается.
Для каждой марки стали существует максимально допустимая скорость охлаждения при отжиге, превышение которой приводит к образованию бейнита или мартенсита вместо феррито-перлитной смеси. Для углеродистых сталей этот предел находится в диапазоне 100–200 °C/ч, для легированных — значительно ниже: 20–50 °C/ч. Именно поэтому легированные и инструментальные стали охлаждают значительно медленнее, чем конструкционные углеродистые.
Отжиг проводят в камерных, шахтных, колпаковых и конвейерных печах. Для деталей с повышенными требованиями к поверхности применяют печи с защитной атмосферой (эндогаз, азот, аргон) или вакуумные печи. Это исключает обезуглероживание и окисление поверхностного слоя согласно требованиям ГОСТ 1763-68 по контролю глубины обезуглероженного слоя.
Температуру контролируют термопарами (хромель-алюмель ХА, хромель-копель ХК) или пирометрами. Скорость охлаждения регулируют степенью открытия заслонок печи или программными контроллерами. Для крупных садок (более 5 т) нагрев ведут ступенчато с промежуточными выдержками для выравнивания температуры по сечению детали.
Время выдержки при рабочей температуре рассчитывают исходя из условия 1,5–2 мин на 1 мм наибольшего сечения детали (для углеродистых сталей — ближе к 1,5 мин/мм, для легированных — 2 мин/мм и более), но не менее 30–40 мин для мелких деталей.
Нормализация — родственная операция, при которой охлаждение происходит на воздухе, а не с печью. Это даёт более мелкозернистую и дисперсную структуру и более высокую твёрдость по сравнению с отжигом. Для низкоуглеродистых конструкционных сталей нормализация нередко заменяет полный отжиг как более производительный процесс.
Отжиг стали — базовая и многовариантная операция термической обработки. Выбор конкретного вида — полного, неполного, изотермического, диффузионного, рекристаллизационного или на снятие напряжений — определяется маркой стали, исходной структурой и задачами дальнейшего производственного цикла.
Правильно подобранный режим: температура нагрева относительно критических точек Ac1 и Ac3, длительность выдержки 1,5–2 мин/мм сечения и скорость охлаждения с печью от 20–30 °C/ч для высоколегированных до 50–100 °C/ч для углеродистых сталей — гарантирует стабильную феррито-перлитную микроструктуру, прогнозируемую твёрдость и технологичность заготовки на всех последующих переходах.
Вы можете задать любой вопрос на тему нашей продукции или работы нашего сайта.