Отжиг стали

Классификация

Химико-термическая обработка стали подразделяется на основе фазового состояния среды насыщения на жидкую, твердую, газовую.

В первом случае диффузия происходит на фрагментах контакта поверхности предмета со средой. Ввиду низкой эффективности данный способ мало распространен. Твердую фазу обычно используют с целью создания жидких или газовых сред.

Химико-термическая операция в жидкости предполагает помещение предмета в расплав соли либо металла.

При газовом методе элемент насыщения формируют реакции диссоциации, диспропорционирования, обмена, восстановления. Наиболее часто в промышленности для создания газовой и активной газовой сред используют нагрев твердых. Удобнее всего проводить работы в чисто газовой среде ввиду быстрого прогрева, легкого регулирования состава, отсутствия необходимости повторного нагрева, возможности автоматизации и механизации.

Как видно, классификация по фазе среды не всегда отражает сущность процесса, поэтому была создана классификация на основе фазы источника насыщения. В соответствии с ней химико-термическая обработка стали подразделена на насыщение из твердой, паровой, жидкой, газовой сред.

По температурному режиму ее классифицируют на высоко- и низкотемпературную. Во втором случае производят нагрев до аустенитного состояния, а в первом — выше и оканчивают отпуском.

Наконец, химико-термическая обработка деталей включает следующие методы, выделяемые на основе технологии выполнения: цементацию, азотирование, металлизацию, нитроцементацию.

Диффузионная металлизация

Это поверхностное насыщение стали металлами.

Возможно проведение в жидкой, твердой, газовой средах. Твердый метод предполагает использование порошков из ферросплавов. Жидкой средой служит расплав металла (алюминий, цинк и т. д.). Газовый метод предполагает использование хлористых металлических соединений.

Металлизация

Металлизация дает тонкий слой. Это объясняется малой интенсивностью диффузии металлов в сравнении с азотом и углеродом, так как вместо растворов внедрения они формируют растворы замещения.

Такая химико-термическая операция производится при 900 — 1200°С. Это дорогостоящий и длительный процесс.

Основное положительное качество — жаростойкость продуктов. Ввиду этого металлизацию применяют для производства предметов для эксплуатационных температур 1000 — 1200°С из углеродистых сталей.

Первая химико-термическая технология придает материалу стойкость к окалине коррозии, однако на поверхности после нее остается алюминий. Алитирование возможно в порошковых смесях либо в расплаве при меньшей температуре. Второй способ быстрее, дешевле и проще.

Хромирование тоже увеличивает стойкость к коррозии и окалине, а также к воздействию кислот и т. д. У высоко- и среднеуглеродистых сталей оно также улучшает износостойкость и твердость. Данная химико-термическая операция в основном производится в порошковых смесях, иногда в вакууме.

Основное назначение борирования состоит в улучшении стойкости к абразивному износу. Распространена электролизная технология с применением расплавов боросодержащих солей. Существует и безэлектролизный метод, предполагающий использование хлористых солей с ферробором или карбидом бора.

Сицилирование увеличивает стойкость к коррозии в соленой воде и кислотах, к износу и окалине некоторых металлов.

Виды отжига

Рассмотрим, что означает термин «отжиг металлов». Термическая обработка металла, состоящая из нагрева выше температуры критических точек Чернова и охлаждение на профессиональном языке называется отжигом. Процедура применяется к различным металлам и их сплавам.

На промпредприятиях применяют режимы термообработки:

• полный, неполный;
• рекристаллизационный;
• диффузионный;
• изотермический;
• сфероизодизационный;
• нормализационный.

Полный отжиг стали

Полный обжиг проводится на изделиях из доэвтектоидных сплавов или сталей, содержащих карбон в количестве ≤ 0,8%. Цель проведения операции — измельчение зерна и улучшение качества обработки с применением режущего инструмента, снятие внутренних напряжений материала. Нагрев происходит на 30..50°С выше точки Ас3, затем деталь постепенно остужают, не вынимая из печи. Охлаждаясь, аустенит выделяет мелкозернистые, гомогенные (однородной структуры) ферриты и перлиты (франц. — жемчуг). Температура нагревания выбирается по типу стали и диаграмме состояний, данные зафиксированы в справочных материалах. Продолжительность охлаждения назначают по составу и структуре металла:

• углеродистые сплавы — 180…200°С/час;
• низколегированные — 90°С/час;
• высоко легированные — 50°С/час.

После проведения процедуры полного отжига неоднородная структура углеродистых или доэвтектоидных сплавов становится однородной, что дает податливость дальнейшей обработке.

Неполный

В отличие от полного, кардинально меняющего структурный состав металла, неполный отжиг изменяет только перлитовую, не затрагивая ферритовую структуру. Перлит , входящий в состав структур сталей, чугуна, других железоуглеродистых материалов, представляет собой цементит и феррит в эвтектоидной смеси. Основная задача неполного отжига — сделать сплавы максимально мягкими и податливыми.

Нагревание производится до t°, превосходящих на 30…50°С точку А1 (параметр перехода перлита в аустенит — начала перекристаллизации), но не достигающих Ас 3 — около 770°С. Затем производится охлаждение до 600°С в установке, со скоростью 60 град/ час, затем процесс продолжается на открытом пространстве.

Рекристаллизационный

Рекристаллизация — снятие структурных изменений, полученных в ходе механических деформаций, вызывающих наклеп. Наклепанный металл имеет меньшую пластичность, отличается жесткостью и неподатливостью.

Нагревание до 650…680°С приводит к равномерному распределению зерен феррита и перлита, вытянутых в направлении деформации, возвращает металлу пластичность.

Диффузионный процесс

Цель диффузионного способа — придание на уровне атомного строения однородности структуре сплава. Диффузионный отжиг иначе называется дендритной ликвацией. Придание гомогенности данным методом уничтожает дендритную ликвацию равномерным распределением атомов примесей по химической структуре слитка.

Процесс отличается использованием t≥1000°С, увеличением выдержки в нагретом состоянии свыше 12 часов, медленным остужением, поэтому он имеет высокую стоимость.

Метод изотермии

Изотермический отжиг используют на сплавах с большим содержанием легирующих и хромистых добавок. Особенностью процесса является нагрев металла на 30…50°С выше точки АС3, быстром остужение и выдерживание при t° ниже критической точки А 1, с дальнейшим естественным охлаждением в воздушной среде.

Преимущество метода изотермии — получение более гомогенного структурного строения деталей, уменьшение срока обработки, так как процесс охлаждения в печи занимает больше времени, чем в естественной среде.

Сфероидизация

При нагревании заэвтектоидных и легированных сплавов до превышения параметра АС 1 на 30…50°С происходит перекристаллизация строения, способствующая образованию перлита в форме правильных сфер. Для ускорения сфероидизации возможно проведение маятникового отжига.

Нормализационный способ

Нормализация производится как промежуточный процесс перед закаливанием и другими видами воздействий для устранения наклепа и удаления внутренних напряжений. Доэвтектоидная сталь нагревается выше точки АС3 на 30…50°С, и постепенно охлаждается в естественной среде. Отличие метода в переохлаждении, из-за которого получают гомогенное мелкозернистое тонкое строение решетки металла.

Преимущество нормализационного способа заключено в снижении срока обработки при высокой производительности. В результате углеродистые сплавы рекомендуют не отжигать, а нормализовать.

Низкотемпературный отжиг

Гетеродиффузия Р32 при 700 С, стимулированная ионной бомбардировкой Р31. дозы ионов Р31 ( см-2 – 5 – 10й, 5 – Ю 5.

Низкотемпературный отжиг ( 70 – 100 С) приводит к росту концентрации Л – центров, так как атомы кислорода, содержащиеся в кремнии ( концентрации 1016 – 1017 см-3) диффундируют к вакансиям, возникшим при облучении, и связываются с ними. При нагреве образцов до 170 С процесс образования Л – центров прекращается, и выше 170 С начинают исчезать – центры. Отжиг при 310 – 350 С приводит уже к распаду Л – щентров.
 

Низкотемпературный отжиг для медных штампованных изделий осуществляется при 400 – 450 С, а для латунных – при 500 – 540 С. Высокий отжиг производится для меди при 600 – 650 С, для латуни – при 650 – 700 С.
 

Режимы изотермического отжига различных марок инструментальных сталей.

Низкотемпературный отжиг применяется для снижения твердости легированных сталей и устранения внутренних напряжений в заготовках, прошедших холодную штамповку или механическую обработку резанием. Заготовки медленно нагревают до температуры 650 – 700 С, при этой температуре выдерживают до полного прогрева, затем охлаждают вместе с печью или в ящике с сухим песком. Этот процесс иногда называют высоким отпуском.
 

Низкотемпературный отжиг ( высокий отпуск) характеризуется нагревом до температуры ниже Ль выдержкой и медленным охлаждением. Применяется для снятия внутренних напряжений, возникших, в частности, при сварке, в наклепанном металле, а также для рекристаллизации металла. В производственной практике этот вид термообработки иногда называют низким отжигом.
 

Низкотемпературный отжиг – нагрев стали до температуры ниже интервала превращений; выдержка при этой температуре и последующее охлаждение обычно на воздухе. Низкотемпературный отжиг применяется главным образом для снятия внутренних напряжений после черновой обработки поковок из легированной стали.
 

Низкотемпературный отжиг применяется для снижения в отливках внутренних напряжений. Он осуществляется медленным нагревом отливок до температуры 500 – 600 С с выдержкой 10 – 12 часов и последующим медленным охлаждением вместе с печью.
 

Низкотемпературный отжиг ( высокий отпуск) применяют главным образом для легированных сталей ( хромистых, хромонике-левых и др.), для снятия внутренних напряжений, для снижения твердости и для избежания образования флокенов. Фазовая перекристаллизация при этом виде отжига отсутствует. Полное снятие внутренних напряжений достигается при нагреве до 600, поэтому низкотемпературный отжиг можно производить в широком температурном интервале от 600 до точки Асг Выдержка для снятия внутренних напряжений тем меньше, чем выше температура нагрева. Охлаждение после нагрева должно быть достаточно медленным, чтобы вновь не возникли внутренние напряжения.
 

Низкотемпературный отжиг применяют для снятия внутренних остаточных напряжений отливок серого чугуна. Данный отжиг проводят по следующему режиму: медленный нагрев отливок ( 30 – 180 С / ч) до 530 – 620 С, выдержка при этой температуре 3 – 4 ч ( с момента нагрева до заданной температуры наиболее толстого сечения отливки) и медленное охлаждение вместе с печью со скоростью 10 – 30 С / ч до 300 – 400 С. Отжиг при более высоких температурах может вызвать графитизацию эвтектоидного цементита, снижение твердости и прочности чугуна.
 

Низкотемпературный отжиг предназначается для снятия литейных напряжений в отливках. Отливки из серого и отбел. Длительность выдержки при низкотемпературном отжиге составляет 1 час на 25 мм сечения отливки с последующим охлаждением с печью до 400 – 300, далее на воздухе.
 

Низкотемпературный отжиг предназначается для снятия литейных напряжений в отливках. Отливки из серого и отбел. Длительность выдержки при низкотемпературном отжиге составляет 1 час на 25 мм сечения отливки с последующим охлаждением с печью до 400 – – 300, далее на воздухе.
 

Схемы нагревательных приборов.

Низкотемпературный отжиг ( высокий отпуск) применяют после закалки для смягчения структуры и снятия или уменьшения остаточных напряжений. При низкотемпературном отжиге металл нагревают до температуры ниже критической точки / 4С, ( 600 – 680 С), выдерживают при этой температуре и медленно охлаждают.
 

Низкотемпературный отжиг после сварки является средством, наиболее полно устраняющим остаточные напряжения.
 

Закалка

Закалка и отпуск стали являются одними из наиболее распространенных режимов термической обработки.

Такой вариант воздействия нужен, чтобы нарастить важные показатели материала – от твердости и максимальной упругости до защиты от износа и твердости. При помощи закалки удается уменьшить предел на сжатие и пластичность.

Такой формат обработки является одним из наиболее старых. Он основывается на быстром охлаждении прогретого до высоких температур металла. Предел нагрева отличается в зависимости от типа сплава. Нужно учитывать, при какой температуре начинает изменяться внутренняя кристаллическая решетка.

В зависимости от марки стали меняется несколько основных параметров:

• Среда охлаждения. Самый простой способ – окунание в воду. Дополнительные полезные свойства позволяют получить применение технического масла, газов инертного типа и растворов с высоким уровнем содержания соли.
• Скорость охлаждения. Меняется в зависимости от изначальной степени прогрева. Температура воды, соляного раствора или газа также может отличаться.
• Нагрев. Выбирается в зависимости от пределов, нужных для изменения внутренней структуры. Для многих видов сырья этот показатель составляет около 900°С.

Отжиг II-го рода. Отжиг и нормализация сталей; режимы и назначение отжига и нормализации

После отжига получается однородная мелкозернистая структура, твердость уменьшается, пластичность повышается, и в качестве предварительной термической обработки используется II вид отжига, перед обработкой стальных деталей металлорежущим станком. В зависимости от температуры нагрева происходит полный и неполный отжиг. Полный отжиг используется для предварительной эвтектоидной стали.

Его целью является улучшение структуры стали для облегчения последующей обработки резанием, штамповкой или закалкой, а также придание готовой детали мелкозернистой отделки. Неполный отжиг связан с фазой перекристаллизации, его применяют после процесса горячего прессования, а также при получении заготовки мелкозернистой структуры. После охлаждения получается грубая структура, состоящая из крупных частиц феррита и перлита. Сталь менее пластична. Производство гранулированного цементита облегчается горячей пластической деформацией перед отжигом, где цементитная сетка измельчается.

Сталь с зернистым цементитом лучше обрабатывается режущим инструментом, а после закалки приобретает хорошую структуру. Для экономии времени проводят изотермический отжиг. При изотермическом отжиге в процессе старения, температура равна по сечению изделия. Это способствует более однородной структуре и однородным характеристикам. Легированная сталь подвергается такому отжигу. Отжиг легированной стали увеличивает не только продолжительность нагрева и старения, но и продолжительность охлаждения. Высоколегированные стали охлаждаются на низких скоростях из-за высокой стабильности легированного аустенита. Их твердость после отжига остается высокой, что ухудшает обрабатываемость режущего инструмента.

Стандартизация называется термической обработкой стали, при которой изделие нагревается до аустенитного состояния и охлаждается на нежном воздухе. Разница между нормализацией и полным отжигом предварительно эвтектоидной стали заключается только в скорости охлаждения. В результате нормализации получается более тонкая структура кодекутана, уменьшаются внутренние напряжения, устраняются дефекты, возникшие в ходе предыдущей обработки продукта. Нормализованная твердость и прочность после термообработки используется в качестве промежуточной операции для улучшения структуры.

Особенностью данного вида режима термообработки является температура нагрева и охлаждения в спокойном воздухе. Эти особенности обусловлены конкретной целью нормализации. Что касается предэвтектоидной стали, особенно низкоуглеродистой стали, то можно получить те же результаты, что и при отжиге, используя более простой режим нормализации и охлаждения за более короткое время. Воздушное охлаждение обеспечивает более высокую степень переохлаждения аустенита, чем при отжиге, а продукты его распада более дисперсны, а плотность образующихся дислокаций близка к 108 см2.

Это особенно верно для деталей из низкоуглеродистой стали, где использование закалки исключено из-за очень высокой критической скорости закалки. Одной из целей нормализации является разрушение вышеупомянутой сетки в транс-со-сталях, в которых нежелательные цементитные сетки вокруг зерен перлита не образуются из-за ускоренного выделения избыточного (вторичного) цементита из аустенита. Рекристаллизационный отжиг (рекристаллизация) стали происходит при температуре 500-550 ° с; отжиг для снятия внутренних напряжений-при температуре 600-700°с. Эти виды отжига позволяют снять внутреннее давление литья от неравномерного охлаждения деталей и заготовок, обрабатываемых давлением при подкритических температурах.

Если в стали наблюдается внутрикристаллическое разжижение, то применяется диффузионный отжиг. Выравнивание состава в зернах аустенита, наряду с самодиффузией железа, достигается диффузией углерода и других примесей в твердом состоянии. В результате сталь становится однородной по составу, поэтому диффузионный отжиг также называют гомогенизацией. Температура гомогенизации должна быть достаточно высокой, но нельзя допускать сгорания частиц.

Отпуск сталей. Превращения в стали при отпуске, изменение микроструктуры и свойств	Изменение микроструктуры и механических свойств металлов при нагреве после высоких и низких температур Обработка металлов давлением основана на их
Химико-термическая обработка стали.Назначение, виды и общие закономерности.Диффузионное насыщение сплавов металлами и неметаллами	Возврат, первичная и собирательная рекристаллизация. Рекристаллизационный отжиг

Почему необходима термическая обработка металла

Операцию проводят с целью улучшения технологических качеств сырья. Ключевым фактором становится температура отжига стали, которую необходимо выдерживать определенное время. При этом достигаются следующие цели:

1. Снижение твердости. Качественные показатели после обработки позволяют существенно уменьшить трудозатраты, сократить время операций, используя более широкий перечень режущих инструментов.
2. Улучшение микроструктуры. Под действием высокой температуры в определенный временной промежуток происходят существенные изменения на молекулярном уровне. Полученная однородная структура стали после отжига оптимальна для последующих механических и физических операций.
3. Для снятия внутренних напряжений. В процессе первичной обработки на металлургических предприятиях в металле возникает дисбаланс кристаллической структуры. Правильно подобрав виды отжига стали, достигают необходимых характеристик металла для конкретного случая.

Иногда достаточен неполный отжиг стали для получения нужных технологических кондиций. В зависимости от желаемых качественных показателей металла могут использоваться сложные и длительные по времени режимы. Полный отжиг стали может длиться более суток для габаритных изделий. Большую часть этого времени занимают нагрев до нужной температуры и медленное остывание, регламентированное типом термической обработки при заданном стандарте.

Подробно режим отжига стали описан в специальной литературе. Некоторые операции предполагают соблюдение временного режима и точной температуры, вплоть да нескольких градусов. Если есть муфельная печь, то процедуру можно выполнить качественно. Когда такого оборудования нет, то точно провести отдельные виды термообработки будет затруднительно. Ориентироваться придется исключительно по цвету раскаленного металла.

Цвета каления стали

Сделать отжиг стали в домашних условиях можно по упрощенной схеме. Проконтролировать температуру предмета, нагретого газовой горелкой точно не получится. Регулировать режимы нагрева и остывания металла можно только примерно. При обработке стали в домашних условиях сделать структурный анализ невозможно. Определяется температура неполного отжига только визуально. Целями в бытовых условиях становятся снижение прочности и повышение обрабатываемости изделия. Микроструктура стали после отжига меняется и можно проводить дальнейшие операции.

Изотермический отжиг — это… Что такое Изотермический отжиг?

 Изотермический отжиг Isothermal annealing — Изотермический отжиг . Аустенитизация сплава на железной основе, с последующим охлаждением и выдержкой при температуре, при которой аустенит превращается в относительно мягкую феррито-карбидную смесь. См. такжеAustenitizing —Аустенитизация .

• Isothermal annealing
• Isothermal forging

Смотреть что такое «Изотермический отжиг» в других словарях:

• изотермический отжиг — Аустенитизация сплава на железной основе, с последующим охлаждением и выдержкой при температуре, при которой аустенит превращается в относительно мягкую феррито карбидную смесь. [https://www.manual steel.ru/eng a.html] Тематики металлургия в целом … Справочник технического переводчика
• изотермический отжиг — отжиг стали, заключающийся в нагреве до t > Аc (или только > Аc1), выдержке, охлаждении с любой скоростью до t < Ar1(на 50 100 °С), изотермической выдержке, обеспечивающей полный распад нестабильного аустенита на… … Энциклопедический словарь по металлургии
• ИЗОТЕРМИЧЕСКИЙ ОТЖИГ — вид отжига стали, заключающийся в нагреве изделия до аустенитного состояния (см. Аустенит), выдержке при такой темп ре, охлаждении примерно до 600 700 °С, новой выдержке до окончания распада аустеннта, а затем охлаждении до комнатной темп ры … Большой энциклопедический политехнический словарь
• Изотермический отжиг — вид отжига металлов (стали и чугуна), заключающийся в нагреве металла до аустенитного состояния, выдержке при такой температуре, охлаждении примерно до 600 700° С, новой выдержке до окончания распада аустенита, а затем охлаждении до нормальной… … Энциклопедический словарь по металлургии
• ИЗОТЕРМИЧЕСКИЙ ОТЖИГ — вид отжига металлов (стали и чугуна), заключающийся в нагреве металла до аустенитного состояния (смотри Аустенит), выдержке при такой температуре, охлаждении примерно до 600 700° С, новой выдержке до окончания распада аустенита, а затем… … Металлургический словарь
• отжиг изотермический — Отжиг стали, заключающийся в нагреве до t большей Ас, выдержке, охлаждении с любой скоростью до t меньшей Ari (на 50 100 °C), изотермической выдержке, обеспечивающей полный распад нестабильного аустенита на феррито цементитную смесь… … Справочник технического переводчика
• Отжиг — У этого термина существуют и другие значения, см. Отжиг (значения). Отжиг вид термической обработки металлов и сплавов, заключающийся в нагреве до определённой температуры, выдержке и последующем, обычно медленном, охлаждении. При отжиге… … Википедия
• отжиг II рода (фазовая перекристаллизация) — отжиг, при котором приближение металлов и сплавов к равновеснуом состоянию обусловленно диффузионными фазовыми превращениями. В большинстве случаев отжиг II рода подготовительная термическая обработка… … Энциклопедический словарь по металлургии
• Отжиг — Annealing Отжиг. Термообработка, состоящая из нагрева до необходимой температуры превращения с последующим медленным охлаждением. Используется прежде всего для снятия напряжений в металлах, а также и одновременного изменения других свойств или… … Словарь металлургических терминов
• отжиг I рода — отжиг, в результате которогo приближение металлов и сплавов к более равновесному состоянию достигается без фазовых превращений (перекристаллизации), например, рекристаллизационный отжиг, отжиг для снятия остаточных напряжений… … Энциклопедический словарь по металлургии

dic.academic.ru