Назначение и сущность основных видов отжига

Все операции термообработки, применяемые в производстве и ремонте артвооружения, можно разделить на две группы: предварительные и окончательные. К предварительным операциям относятся отжиг и нормализация.

Отжиг – вид термообработки, состоящий в нагревании стали до определенной температуры, выдержке и последующем весьма медленном охлаждении (обычно вместе с печью).

Скорость охлаждения при отжиге должна обеспечить превращение аустенита в ферритно-цементитную смесь в области температур, близких к А_I, т.е. в перлит. После отжига получают структуры, соответствующие диаграмме «железо-углерод»: для доэвтектоидных сталей (П+Ф), для заэвтектоидных (П+Ц₂), для эвтектоидной – перлит.

Температура нагрева зависит от вида (цели) отжига. Применяют следующие виды отжига: диффузионный, полный, нормализационный, неполный, рекристаллизационный, низкий, изотермический (рисунок 4.7).

Диффузионный отжиг(гомогенизация) применяется чаще всего для отливок и слитков из легированной стали. Цель гомогенизации – выравнивание химсостава литой структуры, имеющей сильную дендритную ликвацию (легирующих элементов и углерода). Сущность этого вида отжига: нагрев стали до температуры 1000 – 1200⁰С, длительная выдержка и охлаждение со скоростью 50 – 80⁰ С/час (с частично выключенным отоплением). Общее время процесса может составлять до 80 – 120 часов.

Выравнивание химической неоднородности протекает за счет диффузии. При этом очень сильно растет зерно аустенита, структура получается крупнозернистой с пониженным значением ударной вязкости. Для исправления структуры (измельчения зерна) производят повторный полный фазовый отжиг или нормализацию.

Иногда диффузионный отжиг применяют специально для выращивания зерна, например, для электротехнических магнитомягких материалов с целью повышения магнитной проницаемости, снижения коэрцитивной силы, а также для повышения жаропрочности специальных сталей.

Полный отжиг заключается в нагреве стали выше критической точки Ас₃ на 30 – 50⁰С, выдержке и медленном охлаждении.

Назначение полного отжига следующее:

· измельчение зерна в стали и подготовка структуры к последующей термообработке;

· снижение твердости, прочности, улучшения обрабатываемости резанием и давлением;

· наиболее полное снятие внутренних (остаточных) напряжений.

Вновь образующееся зерно аустенита всегда мелкое. Чтобы не произошел рост зерна, сталь нагревают всего лишь на 30-50⁰С выше точки Ас₃, причем нагрев должен вестись с максимально допустимой скоростью.

Рисунок 4.7 – Температура нагрева для различных видов отжига

 

Скорость охлаждения должна обеспечить получение структуры перлита или сорбита. При такой структуре сталь мягкая, хорошо поддается обработке. Одновременно за счет медленного охлаждения происходит снятие остаточных напряжений от предшествующей обработки (ковки, штамповки, сварки, литья).

Полный отжиг применяют только для доэвтектоидных сталей, т.к. у заэвтектоидной стали при медленном охлаждении с температуры А₃ вторичный цементит выделяется по границам зерен аустенита, а перлит имеет грубодисперсное пластинчатое строение. Такая структура обладает повышенной хрупкостью, дает трещины при последующей закалке. Такая сталь подвергается неполному отжигу.

Неполный отжиг – нагрев выше точки Ас₁ на 30–50 ⁰ С, выдержка и медленное охлаждение. При таком отжиге происходит частичная перекристаллизация стали: перлит полностью переходит в аустенит, сохраняется феррит у доэвтектоидных сталей и вторичный цементит у заэвтектоидных сталей.

Назначение этого вида отжига следующее:

· для доэвтектоидных сталей только в том случае, если не требуется исправления структуры (измельчения зерна). Например, после ковки, прокатки зерно и без того мелкое, а для снятия внутренних напряжений, снижения твердости, улучшения обрабатываемости, повышения пластичности выгоднее (дешевле) провести неполный, нежели полный отжиг;

· для заэвтектоидной стали является основным видом отжига, обеспечивающим структуру зернистого перлита. Это объясняется тем, что не растворившиеся при нагреве частицы вторичного цементита являются дополнительными центрами кристаллизации и способствуют получению зерен цементита в виде шаров (сфероидизация).

Применение: режущий инструмент, постоянные магниты, детали подшипников качения перед механической обработкой или окончательной термообработкой.

При изотермическом отжиге изделия нагревают, как и для обычного отжига, но затем быстро охлаждают до температуры на 50-100⁰С ниже точки А_I и при этой температуре выдерживают до полного распада аустенита на перлит, после чего вновь следует быстрое охлаждение. Преимущества такого отжига:

· сокращение длительности технологического цикла;

· более стабильные результаты (качество), т.к. температуру контролировать легче, чем скорость охлаждения.

В настоящее время изотермический отжиг применяют чаще, чем с непрерывным охлаждением, особенно для легированных сталей (ствол, казенник, клин затвора и другие ответственные детали).

Рекристаллизационный отжиг применяется для снятия наклепа после холодной деформации, уменьшения твердости и прочности, повышения пластичности. Температура такого отжига зависит не от температуры фазовых превращений, а в первом приближении, от температуры плавления сплава. Для малоуглеродистых сталей она составляет 650-670 ^оС. Волокнистая структура (текстура) заменяется равновесной.

Температура нагрева может быть ориентировочно определена по формуле:

t_нагр > t_рек = 0,4 (t_пл + 273) – 273,⁰С.(4.1)

Нормализация – разновидность отжига. Заключается в нагреве до тех же температур, что и при полном отжиге (выше А₃) и последующем охлаждении на спокойном воздухе.

Цель нормализации та же, что и отжига (полного), однако твердость и прочность будут выше, а пластичность ниже, чем при отжиге. И чем больше углерода в стали, тем эта разница заметнее.

Для сталей с содержанием углерода до 0,3% эта разница практически отсутствует и рекомендуется такие стали подвергать нормализации, а не отжигу (дешевле на 20-30%).

Для среднеуглеродистых сталей с 0,3-0,5% углерода различие в свойствах более значительно. В этом случае нормализация может заменить улучшение (закалку с высоким отпуском), особенно для неответственных деталей, что сильно сокращает длительность процесса. Для ответственных деталей все же следует предпочесть улучшение, т.к. оно обеспечивает большую вязкость.

Для высокоуглеродистых сталей нормализация применяется для устранения цементитной сетки (но качество ниже, чем при обычном отжиге).

 

Режимы проведения отжига

Температура нагрева при отжиге выбирается в зависимости от вида и назначения его. Основой для выбора температуры нагрева служит диаграмма состояния «железо-углерод», за исключением диффузионного отжига и рекристаллизации (см. п. 4.2.1)

Время или скорость нагрева выбирают в зависимости от химического состава стали, массы и формы изделия.

Чем больше углерода и легирующих элементов в стали, тем меньше ее теплопроводность, тем меньше должна быть скорость нагрева (больше времени) во избежание высоких внутренних напряжений. Аналогично, чем больше размеры (масса), сложнее форма, тем меньше скорость нагрева.

С другой стороны, с целью уменьшения окисления и обезуглероживания поверхностных слоев металла, желательно нагревать с возможно большей скоростью.

Упрощенный способ определения времени нагрева для углеродистых сталей:

· для деталей круглого сечения: 1 мин на 1 мм сечения;

· для деталей некруглого сечения: 1,2–1,3 мин на 1 мм сечения.

Время выдержки при данной температуре должно обеспечивать полное превращение исходной структуры в аустенит и выравнивание его химического состава. Ориентировочно можно считать (для закалки, отжига и нормализации):

τ_в= 0,25 · τ_н. (4.2)

Общее время нахождение детали в печи

τ = τ_н + τ_в = 1,25 · τ_н. (4.3)

Скорость (время) охлаждения при отжиге должна обеспечивать превращение аустенита в ферритно-цементитную смесь в области температур, близких (меньших) к А₁, т.е. в перлит. Для углеродистых сталей это 150–200 град./час, для легированных – 30–100 град./час.

Указанные скорости охлаждения следует соблюдать лишь до температуры примерно 600–500⁰С, т. е. до температур полного распада аустенита на перлит, а дальнейшее охлаждение можно проводить на воздухе (для сокращения цикла термообработки).

При охлаждении деталей вместе с нагревательной печью можно обеспечить следующие примерные скорости охлаждения:

· при частично выключенном отоплении – 50–80 град./час;

· при полностью выключенном отоплении – около 100 град./час;

· при полностью выключенном отоплении и открытых дверцах – более 100 град./час.

 

⇐ Предыдущая1234567Следующая ⇒

Поделиться:

Воспользуйтесь поиском по сайту: