Что такое отжиг: что это, виды, назначение и методы технологии

Как проводится отжиг стали? Виды термической обработки

• Для чего нужен отжиг металла?
• Виды отжига стали и их особенности
  • Полный отжиг
  • Неполный отжиг
  • Изотермический отжиг
  • Диффузионный отжиг
  • Рекристаллизационный отжиг
  • Отжиг для снятия напряжений

• Нормализационный отжиг (нормализация)
• Заключение

Отжиг стали – это процесс термической обработки, подразумевающий нагрев металла, выдержку при определенных температурах и медленное охлаждение. На данном этапе обработки он приобретает параметры, без которых могут быть невозможны некоторые последующие технологические операции. Чтобы лучше понять, что такое отжиг стали, необходимо разобраться, с какой целью он проводится, какие бывают разновидности.

Для чего нужен отжиг металла?

Он используется для улучшения качественных параметров металлопродукции и позволяет:

• снизить твердость и улучшить пластичность – для облегчения резания, сверления и других видов механической обработки изделий;
• уменьшить внутренние напряжения, возникшие в результате первичной обработки;
• изменить свойства наклепанного металла после холодной пластической деформации;
• устранить структурную неоднородность материала, имеющую место при затвердевании отливки после литья.

В ряде случаев для получения желаемых характеристик продукции хватит и неполного отжига металла. Но в любом случае необходимо строго соблюдать назначенные режимы термической обработки (время выдержки, температура нагрева и скорость охлаждения).

Для качественного проведения отжига необходимо использовать специализированное термическое оборудование и высокоточные контрольно-измерительные приборы. В противном случае достичь положительных результатов такой термической обработки будет крайне сложно. Единственным ориентиром станет цвет горячего металла, точность которого весьма относительна и зависит от многих факторов, включая опыт термиста, выполняющего оценку.

Виды отжига стали и их особенности

Методы данной термообработки делятся на две основные категории: первого и второго рода. Также различают такие виды отжига металла, как полный и неполный. В категорию 1-го рода входят все операции, при которых сталь обретает нужные свойства, но процесс не доходит до фазовой рекристаллизации.

Вид такой термической обработки как отжиг 2-го рода предполагает фазовые превращения сплавов. Он включает в себя нагрев выше критических точек фазовых превращений и охлаждение с точным соблюдением временного и температурного режима. В результате такого термического воздействия структура сплава значительно изменяется.

Полный отжиг

Этот метод используют для доэвтектоидных и эвтектоидных сталей, содержащих углерод в количестве, не превышающем 0,8%. Процедура подразумевает нагрев на 30-50 градусов Цельсия выше критических температур. Сталь трансформируется в аустенит. Затем происходит медленное охлаждение до 500-600°C, при котором образуется ферритно-перлитная структура.

По завершении операции полного отжига стали структура сплава приходит к однородному состоянию, устраняется полосчатость и текстура, а все внутренние напряжения снимаются. Благодаря этому материал становится податливым при дальнейшей обработке.

Неполный отжиг

Подобная термообработка – это нагрев в межкритический интервал температур, выдержка и медленное охлаждение. Вначале сплав нагревают на 30-50°C выше точки A1 (для большинства углеродистых и низколегированных сталей температура нагрева составляет около 740-770°C). В ходе выдержки происходит частичная перекристаллизация – перлит переходит в аустенитную фазу. Избыточный же феррит трансформируется в аустенит только частично.

Прошедший неполный отжиг сплав становится максимально мягким. В таком виде он легко поддается механической обработке.

Изотермический отжиг

Этот метод используют для легированных сталей и сплавов. Сырье нагревают на 30-50 °С выше верхней критической точки Ас₃ – до состояния аустенита. Затем металл охлаждают с ускорением до 660-680 градусов по Цельсию. При этой температуре сталь проходит выдержку, в ходе которой происходит превращение в перлит. Завершающий этап изотермического отжига сталей – охлаждение на воздухе.

После термообработки по изотермической технологии изделие приобретает более чистую поверхность, становится однородным по структуре. Также его легче обрабатывать резанием из-за увеличенной степени пластичности. Поэтому это наиболее часто используемая технология отжига нержавеющей стали.

Диффузионный отжиг

Данный способ называют также гомогенизационным и применяют преимущественно для слитков с целью устранения дендритной ликвации и других видов химической и структурной неоднородности. Его относят к весьма длительным видам термической обработки, поэтому это довольно дорогостоящая процедура. Диффузионный отжиг металла предполагает нагрев до 1000-1200 °С, длительную выдержку на протяжении 10-20 часов и медленное охлаждение с печью. Общая продолжительность такой термической обработки может достигать 100 часов и более.

По окончании гомогенизационного отжига металлурги получают металл с растворенными избыточными фазами и более равномерным химическим составом, с повышенной пластичностью и вязкостью. С другой стороны, диффузионный отжиг может приводить к нежелательным явлениям, например, росту аустенитного зерна, что может потребовать проведения дополнительных операций.

Рекристаллизационный отжиг

Предназначен для жестких и неподатливых заготовок, прошедших холодную обработку давлением. Этот метод предназначен для снятия эффекта наклепа и используется для:

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

Этот способ отжига применяют для деформированных сплавов в качестве окончательной или промежуточной операции. В рамках процедуры изделие нагревают на 100-200°C выше температуры рекристаллизации, выдерживают и охлаждают.

На выходе металлурги получают сплав с совершенно новыми, чаще всего равноосными зернами. Рекристаллизационная термическая обработка стали возвращает металлу пластичность.

Отжиг для снятия напряжений

Этот метод термообработки применяют для сварных изделий, отливок, заготовок после обработки резанием и т.д. Все вышеперечисленные изделия могут характеризоваться наличием остаточных напряжений по причине неоднородной пластической деформации и неравномерного охлаждения.

Отжиг стали для снятия внутренних напряжений осуществляют при 160-700°C, после чего изделие медленно охлаждают. Разные изделия обрабатывают при различной температуре. На выбор температурного режима влияют марка стали и то, каким методом обрабатывали заготовку ранее. При данном методе термической обработки удается провести частичную или полную релаксацию остаточных напряжений.

Нормализационный отжиг (нормализация)

Эта разновидность отжига предназначена для полной фазовой перекристаллизации, устраняет крупнозернистость структуры, полученной в процессе прокатки, штамповки, литья и других видов обработки металлов давлением. При нормализации заэвтектоидная сталь нагревается до температуры выше Acm, а доэвтектоидная – выше Ас₃.

После выдержки при данной температуре выполняется ускоренное охлаждение на воздухе, которое обеспечивает распад аустенита при более низких температурах. Это повышает дисперсность феррито-цементитной структуры, что повышает прочность и твердость стали в сравнении с отожженной. После нормализационного отжига стальная продукция приобретает повышенную сопротивляемость хрупкому разрушению.

Заключение

Необходимый вид термической обработки (в том числе отжига) и его режимы должны выбираться в зависимости от ряда параметров:

• марки стали;
• структуры и комплекса механических характеристик, которые необходимо обеспечить для дальнейшей переработки или конечного использования;
• обработки, которая предшествовала этапу термического воздействия и т.д.

Температуру, длительность выдержки и скорость охлаждения при отжиге назначают, исходя из состава сплава, формы и размеров изделия. От правильного выбора и строгого соблюдения параметров термообработки напрямую зависит качество и эксплуатационная стойкость конечного продукта.

Мы рады, что вы заинтересовались информацией из нашего блога. И даем согласие на использование материалов для учебных целей или для личного пользования. Однако предупреждаем, что копирование информации для публичного распространения – это нарушения авторского права и других прав интеллектуальной собственности, согласно Бернской конвенции и Закона Украины об авторском праве №3792-XII.

ЧТО ТАКОЕ ОТЖИГ?

ЧТО ТАКОЕ ОТЖИГ?

Хотя химический состав металла во многом определяет его механические свойства, многие металлы могут изменить свои механические свойства путем термической обработки. Сегодня используется множество различных видов термообработки, и одним из самых популярных методов является отжиг.

Что такое отжиг?

Отжиг — это процесс термической обработки, используемый в основном для повышения пластичности и снижения твердости материала. Изменение твердости и пластичности происходит в результате уменьшения количества дислокаций в кристаллической структуре отжигаемого материала. Отжиг часто проводится после того, как материал подвергся закалке или холодной обработке, чтобы предотвратить его хрупкое разрушение или сделать его более пластичным для последующих операций.

Почему металл отжигают?

Как упоминалось выше, отжиг используется для снижения твердости и повышения пластичности. Изменение этих механических свойств с помощью отжига важно по многим причинам:

Отжиг улучшает формуемость материала. Твердые, хрупкие материалы трудно сгибать или прессовать без образования трещин. Отжиг помогает устранить этот риск.

Отжиг также может улучшить обрабатываемость. Очень хрупкий материал может привести к чрезмерному износу инструмента. Снижение твердости материала с помощью отжига может уменьшить износ используемого инструмента.

Отжиг снимает остаточные напряжения. Остаточные напряжения могут привести к образованию трещин и других механических осложнений, поэтому их лучше устранять по мере возможности.

Какие металлы можно отжигать?

Для проведения процесса отжига необходимо использовать материал, который может быть изменен путем термической обработки. В качестве примера можно привести многие виды стали и чугуна. Некоторые виды алюминия, меди, латуни и других материалов также могут поддаваться отжигу.

Процесс отжига

Процесс отжига состоит из трех основных этапов.

Стадия восстановления.

Стадия рекристаллизации

Стадия роста зерен

Стадия восстановления

На этапе восстановления используется печь или другой тип нагревательного устройства для повышения температуры материала до температуры, при которой снимаются его внутренние напряжения.

Стадия рекристаллизации

На стадии рекристаллизации материал нагревается выше температуры рекристаллизации, но ниже температуры плавления. Это приводит к образованию новых зерен без предшествующих напряжений.

Стадия роста зерен

Во время роста зерна новые зерна полностью развиваются. Этот рост контролируется путем охлаждения материала с заданной скоростью. Результатом завершения этих трех этапов является материал с большей пластичностью и меньшей твердостью. Последующие операции, которые могут еще больше изменить механические свойства, иногда выполняются после отжига.

Когда используются отожженные металлы?

К распространенным областям применения отожженных металлов относятся:

Закаленные материалы, такие как листовой металл, прошедший процесс штамповки, или холоднотянутый пруток.

Металлическая проволока, которая была вытянута из одного размера в другой, также может подвергаться процессу отжига.

Операции механической обработки, при которых возникает большое количество тепла или смещение материала, также могут потребовать последующего отжига.

Сварные детали могут создавать остаточные напряжения в области материала, подвергшегося воздействию повышенных температур; для воссоздания однородных физических свойств часто используется отжиг.

Объяснение отжига — определение, процесс и преимущества

Процессы термической обработки включают точные процедуры нагрева и охлаждения для изменения физических и механических свойств металлов. Как правило, чтобы изменить нежелательные свойства и усилить желательные.

Одним из таких процессов термообработки является отжиг, который позволяет нам изменять механические характеристики некоторых металлов и сплавов, чтобы они лучше соответствовали их назначению.

Начнем.

Что такое отжиг?

В процессе отжига используется тепло для снижения твердости и повышения пластичности и ударной вязкости различных сталей, чугуна и сплавов. Он включает в себя нагрев заготовки выше температуры рекристаллизации. Это способствует образованию новых зерен и позволяет переориентировать существующие зерна.

Перестройка и формирование зерен снимают внутренние напряжения металла и придают кристаллической структуре более тонкое течение. Это полезное свойство для большинства случаев использования.

Из-за большого разнообразия сталей и металлических сплавов существует множество специализированных типов процессов отжига. Наиболее распространенными являются полный или полный отжиг и технологический отжиг (он же промежуточный отжиг или рекристаллизационный отжиг).

Хотя нормализация часто считается отдельным процессом термообработки, на самом деле это тип процесса отжига, при котором металлы охлаждаются при комнатной температуре, а не охлаждаются с контролируемой скоростью в печи.

Когда используется отжиг?

Отжиг делает сталь более мягкой, чем отпуск, и поэтому в основном используется для изделий, которые не должны выдерживать значительных нагрузок. Но есть много разных случаев, когда отжиг используется на металлических деталях:

1. Реверсирование наклепа

2. Размягчение затвердевания сварного шва

3. Определение электропроводности

4. Снятие остаточных напряжений

Обратное упрочнение

Отжиг обычно проводится после того, как изделие подвергается механическим операциям, которые приводят к получению твердых и хрупких металлов. Гибка, формовка, прокатка, шлифовка и волочение — все это подходящие примеры таких операций. Например, когда металлическую проволоку растягивают для уменьшения ее размера, в ней возникают внутренние напряжения, и она затвердевает.

Полученная в результате твердость обработанных металлов делает дальнейшую обработку сложной и рискованной, поскольку металлы могут треснуть. Но дальнейшие процессы являются эксплуатационным требованием. Таким образом, чтобы вернуть металл в предобработочное состояние и сделать его более пригодным для последующих операций, мы проводим технологический отжиг.

Отжиг повышает пластичность металла и снижает его твердость. Это делает заготовку более пластичной и поддающейся обработке. Таким образом, отожженные металлы могут подвергаться дальнейшим операциям.

Процесс отжига особенно полезен при изготовлении сложных деталей. Поскольку нам нужно выполнить много операций, процесс отжига помогает нам возвращать деталь ближе к ее предрабочему состоянию после каждой операции.

Размягчение затвердевания сварного шва

Процессы высокотемпературной сварки могут вызывать образование зон термического влияния (ЗТВ). Эти зоны характеризуются высокой твердостью и хрупкостью. В таких случаях отжиг возвращает свойства ЗТВ ближе к исходным механическим свойствам.

Развитие электропроводности

Отжиг также может влиять на электрические свойства металла. Таким образом, он также используется для улучшения электропроводности некоторых металлов.

Снятие остаточных напряжений

Помимо влияния на формуемость и обрабатываемость материала, холодная обработка также вызывает внутренние напряжения в материале. Даже если нет необходимости выполнять дальнейшие операции, рекомендуется снимать внутренние напряжения, возникающие после различных механических операций.

Если их не устранить, это может привести к растрескиванию, разрушению материала, деформации и другим механическим проблемам в будущем.

Отжиг позволяет снять остаточные напряжения и восстановить однородные свойства материала. Это увеличивает срок службы и эксплуатационные возможности выбранных материалов.

Процесс отжига

Процесс отжига можно разделить на три отдельных этапа.

1. Стадия восстановления

2. Стадия рекристаллизации

3. Стадия роста зерна

Стадия восстановления

На стадии восстановления мы нагреваем металл до заданной температуры ниже точки плавления. Нагревательное устройство, такое как печь или печь, используется для нагрева в контролируемой и постоянной среде.

Тепло печи уменьшает количество дислокаций, поскольку атомы начинают мигрировать в кристаллической решетке. Это возвращает пластичность и снижает твердость материала. Процессы миграции также устраняют внутренние напряжения, поэтому этот этап известен как этап восстановления.

Стадия рекристаллизации

После достижения желаемой температуры металл нагревается до температуры рекристаллизации. Температура рекристаллизации также ниже температуры плавления металла. Это та же самая температура, на которую ориентируются при нормализации металлических изделий.

Достигнув этой температуры, мы держим металл на ней определенное время. Продолжительность зависит от желаемых свойств и марки металла.

На этой стадии кристаллическая структура начинает реорганизовываться и начинается формирование новых зернистых структур. Это нейтрализует эффекты закалки и помогает вернуть свойства материала на исходный уровень.

Стадия роста зерен

Стадия роста зерен увеличивает размер вновь образованных, а также бывших зерен после начала охлаждения. Такие факторы, как скорость охлаждения, атмосфера и качество материала, определяют фазовый состав, размер и рост кристаллических зерен.

Сталь и другие черные металлы обычно охлаждают до комнатной температуры в присутствии неподвижного воздуха. С другой стороны, такие металлы, как медь и латунь, можно либо медленно охлаждать на воздухе, либо быстро замачивать в воде. По сравнению с нормализацией скорость охлаждения при отжиге медленнее.

Иногда после отжига могут потребоваться дополнительные операции для достижения требуемых механических и химических свойств материала.

Преимущества отжига

Процесс отжига дает следующие преимущества.

1. Повышенная пластичность

2. Повышенная прочность

3. Повышенная обрабатываемость и формуемость

4. Пониженная твердость до приемлемого уровня

5. Уменьшение или полное устранение внутренних напряжений

6. Улучшенная однородность

7. Улучшенный внешний вид

8. Повышенная химическая стойкость и износостойкость

9. Улучшенные магнитные свойства и электропроводность

10. Уменьшенная усадка

Заключение

Отжиг является важным этапом процесса термообработки при производстве сложных деталей, а также тех, которые требуют выполнения нескольких операций для достижения их окончательной формы.

Но отжиг требует тщательного планирования и выполнения. Зная правильный состав материала и фазовую диаграмму, отжиг может помочь нам смягчить множество различных типов металлов. В основном это выполняется на углеродистой стали и чугуне, но также и на других материалах, таких как медь, алюминий и латунь, благодаря их многочисленным преимуществам.

Что такое отжиг металла?

Любой, кто занимается металлургией, скажет вам, что не все металлы одинаковы. Но это потому, что металлы производятся по-разному в зависимости от их уникального использования. Например, отпуск и отжиг — это методы термической обработки металла, но оба они имеют свои различия, когда дело доходит до желаемого результата.

Для целей этой статьи давайте сосредоточимся на определении отожженного металла, процессе отжига металла и его использовании.

Отжиг Определение

По определению, отжиг включает в себя нагрев материала и медленное охлаждение для снятия напряжения и облегчения работы с ним. Когда металлический материал нагревается, его физические свойства изменяются, увеличивая пластичность и уменьшая твердость. В частности, металл нагревается выше точки рекристаллизации, вызывая смещение атомов в кристаллической решетке и рекристаллизацию по мере охлаждения металла.

Процесс отжига металла

Процесс отжига происходит в металлургической печи и обычно осуществляется на интегрированном или перевалочном стане. В процессе отжига происходят три основных этапа:

• Стадия восстановления — Начальный нагрев металла до температуры, при которой металл может релаксировать и стать ковким.
• Стадия рекристаллизации — Стадия, на которой металл нагревается выше точки рекристаллизации, но ниже точки плавления для образования новых зерен без образования ранее существовавших напряжений.
• Стадия роста зерен — На этой стадии зерна, образующиеся на стадии рекристаллизации, полностью развиваются. Контролируя процесс охлаждения, рост зерна дает более пластичный и менее твердый материал.

Плюсы и минусы отжига

Отжиг служит многим целям, но не для каждого применения. Ниже приведены плюсы и минусы отжига.

Использование отожженного металла

Обычно отжигу подвергаются сталь, чугун и другие разновидности, такие как алюминий, медь и латунь. После того, как металлы отожжены для улучшения формуемости, обрабатываемости и снижения напряжений, они используются в различных приложениях, где металлы обрабатываются несколько раз или формируются в сложные детали и конструкции. Вот несколько примеров:

• Листовой металл подвергается отжигу для лучшей обработки, гибки, штамповки, формовки или резки.
• Металлы часто подвергаются отжигу после холодной обработки для восстановления их первоначальных свойств.
• Отжиг помогает улучшить электропроводность некоторых металлов
• Отожженные металлы обычно используются в производственных объектах, включая пружины, шайбы, пильные полотна, антенны и другие компоненты, используемые в производстве ручных инструментов.
• Благодаря своей высокой прочности отожженные металлы невероятно эластичны, что делает их широко используемыми в производстве малых самолетов.