Процесс отжига стали

Отжигом называют термообработку, в результате которой в сплаве получают равновесную структуру. Существует несколько видов этой операции, но все они включают нагрев до температуры, зависящей от марки стали, выдержку и охлаждение с небольшой скоростью. Назначение отжига стали – снижение внутренних напряжений и повышение пластичности, сопровождаемые некоторым уменьшением прочности.

Виды отжига стали первого рода

Для такой термообработки не характерны фазовые превращения. Выделяют несколько типов технологий отжига первого рода.

Гомогенизация

Этот вид отжига направлен на снижение химической неоднородности, возникающей в результате рекристаллизации.

Определение! Рекристаллизацией называют процесс появления новых (чаще всего равноосных) зерен за счет других фаз. Этот процесс особенно интенсивно проходит в пластически деформированных материалах.

Гомогенизация производится при высоких температурах с длительными выдержками: от 2-х до 48 часов. После этого сталь приобретает повышенные пластические свойства.

Рекристаллизационный отжиг

Изготовление проката способом холодной прокатки является причиной вытягивания зерен в направлении главной деформации. В результате этого появляется наклеп (нагартовка).

Определение! Наклепом (нагартовкой) называют упрочнение стали из-за трансформации структуры в процессе пластического деформирования при температурах менее температуры рекристаллизации.

Если сталь, для которой уже характерен наклеп, подвергать дальнейшему деформированию, она разрушится. Поэтому для ликвидации этого эффекта применяют рекристаллизационный отжиг, режим которого определяется химическим составом сплава, нагрев в этом случае производится выше температур рекристаллизации. Начальные температуры рекристаллизации составляют:

• для чистых металлов – 0,4Тпл,
• для обычных сплавов – 0,6Тпл,
• для сложных термопрочных сплавов – 0,8Тпл.

Время отжига определяется геометрией изделия и составляет обычно от получаса до двух часов. Во время этой термообработки происходит:

• появление зародышей новых зерен;
• рост новых зерен;
• исчезновение деформированных зерен;
• устранение наклепа;
• возврат металла в равновесное состояние.

Внимание! Размер зерна после отжига зависит от степени деформации, которой был подвергнут прокат. Если она приближалась к критической, то зерна после отжига будут крупными, что крайне нежелательно. Поэтому степень деформации перед термообработкой не должна превышать 60%. После рекристаллизационного отжига образуется мелкозернистая однофазная структура, обеспечивающая оптимальное сочетание прочности и пластичности.

Эта термическая обработка может быть:

• предварительной – перед холодным деформированием, если исходная сталь уже обладает некоторой степенью упрочнения;
• промежуточной – используется между операциями холодной прокатки, если суммарная степень деформаций слишком велика и есть вероятность, что запасов пластичности стали может не хватить;
• окончательной – если в результате должен получиться полуфабрикат с высокой степенью пластичности.

Отжиг для снятия внутренних напряжений

Эти напряжения могут быть:

• термическими – образованными во время неравномерного нагрева или охлаждения с различной скоростью отдельных элементов изделия, после сварки, литья, механообработки;
• структурными – появившимися в результате фазовых превращений, которые реализовались в различных частях металла с разной скоростью.

Внутренние напряжения при эксплуатации детали могут превысить предел прочности и стать причиной разрушения. Отжиг, позволяющий избежать негативных последствий, осуществляется при температурах ниже температуры кристаллизации и составляющих 0,2-0,3Тпл.

Режимы отжига второго рода

Этот вид термообработки предназначен для образования равновесной структуры в металлах и сплавах путем фазовых превращений. В данном случае происходит как частичная, так и полная замена начальной структуры.

Такой вид отжига разделяют на полный и неполный:

• при полном происходит общая рекристаллизация;
• при неполном – частично сохраняется исходная структура, неполный отжиг широко востребован для заэвтектоидных (содержащих более 0,8% углерода) углеродистых и нержавеющих сталей.

Патентирование является специфическим процессом, но по характеру фазовых превращений его можно отнести к отжигу второго рода. Этот вид изотермической обработки применяется для получения высококачественной канатной, пружинной и рояльной проволоки с содержанием углерода 0,45-0,8%. Проволока при патентировании проходит следующие этапы:

• нагрев в проходной печи;
• пропуск через соляную или свинцовую ванну, температура которой – 450-550°C;
• намотку на приводной барабан.

В результате этих операций образуется структура тонкопластинчатого троостита или сорбита. Эти микроструктуры позволяют получать при волочении степень обжатия более 75%.