Партнерский проект с компанией Руспроектэксперт

Тел.: 8-495-771-14-07

Проектирование


8.4. Отжиг стали

После литья, сварки, обработки давлением и других видов обработки заготовок они охлаждаются неравномерно. В результате в сплавах формируются неоднородные структуры в различных зонах заготовок, обусловливающих появление внутренних напряжений. Отливки, кроме того, при затвердевании получаются неоднородными по составу вследствие ликвации.

Отжиг производится для снижения твердости, увеличения пластичности и вязкости и улучшения обрабатываемости стали. Чаще всего отжигу подвергаются отливки, сварные конструкции, продукция прокатного производства и др. В результате отжига снимаются внутренние напряжения, выравнивается химический состав материала по объему заготовки и устраняется его структурная неоднородность. В отдельных случаях отжиг применяют для изменения физических свойств стали. Например, с помощью отжига можно изменить магнитные свойства трансформаторных сталей.

В зависимости от температурных режимов нагрева и охлаждения различают следующие виды отжига: смягчающий, диффузионный, рекристаллизационный и отжиг для снятия остаточных напряжений.

Температурные интервалы различных видов отжига приведены на рис.28.

Смягчающий отжиг основан на полной или частичной перекристаллизации стали в процессе нагрева и последующего медленного охлаждения. В связи с этим различают полный и неполный смягчающий отжиг. При полном отжиге конструкционную доэвтектоидную сталь, как и при закалке, нагревают выше линии GS на 30…50?С и медленно охлаждают, как правило, вместе с печью. В результате такой обработки сталь приобретает равновесную ферритно-перлитную структуру (рис.29.б), что способствует повышению ее вязкости и снижению твердости. Применяют этот вид отжига для улучшения обрабатываемости стали на металлорежущих станках, особенно отливок и поковок.

Для инструментальных заэвтектоидных сталей применяют неполный отжиг с нагревом на 30…50?С выше линии SK (около 780?С). В результате такой обработки цементит принимает округлую мелкозернистую форму, что обусловливает наилучшее сочетание механических и технологических свойств термообработанной стали и улучшает её обрабатываемость резанием.

Отжиг является длительной операцией и продолжается иногда до 12…24 ч. Поэтому часто для углеродистых сталей вместо отжига применяют нормализацию. Нормализация отличается от полного отжига в основном условиями охлаждения. В этом случае сталь после нагрева и непродолжительной выдержки охлаждается не в печи, а на воздухе в цехе, что экономичнее.

Нормализованная доэвтектоидная сталь имеет более мелкозернистую, чем после отжига ферритно-перлитную структуру (рис.29.в) и несколько повышенную твердость и прочность по сравнению с отожженной. Снижение времени нагрева, кроме того, существенно снижает потери металла вследствие окалинообразования. Нормализованные детали имеют хорошее сочетание прочности и вязкоупругих свойств и применяются в узлах, подвергающихся сравнительно невысоким знакопеременным нагрузкам.

Диффузионный отжиг, называемый иногда гомогенизацией, состоит из нагрева стали до 1050…1150?С, длительной выдержки (10…15 ч) при этой температуре и последующего медленного охлаждения. В результате такой обработки выравнивается химический состав в различных зонах слитка, уменьшается его ликвация и устраняется зернистость. Это означает, что сталь становится однородной, т.е. гомогенной по всему объему изделия.

Рекристаллизационный отжиг применяют для снятия наклепа (повышение твердости) и внутренних напряжений, возникающих в стали в результате пластического деформирования после холодной обработки давлением (прокат, волочение, штамповка). Рекристаллизационный отжиг производится при температуре на 50…100?С ниже линии РK (рис.28), выдержке при этой температуре и последующего охлаждения на воздухе. В процессе рекристаллизации восстанавливаются свойства металла, предшествовавшие пластическому деформированию. Влияние пластической деформации на свойства стали будет рассмотрено ниже (раздел 15).

В заводской практике для устранения наклепа холоднокатаных листов из низкоуглеродистых сталей отжиг проводят при температуре 680…700?С, для прутков из легированных сталей – при 700…730?С. Время выдержки при нагреве зависит от толщины сечения. Для тонких листов и проволоки оно составляет примерно 25…30 мин.

Отжиг для снятия остаточных напряжений производится для отливок и сварных конструкций из углеродистой стали. Остаточные напряжения чаще всего нежелательны. Они могут вызвать деформацию деталей при обработке резанием или в процессе эксплуатации. Суммируясь с напряжениями от внешних нагрузок, они могут привести к преждевременному разрушению или короблению конструкции. Остаточные напряжения, увеличивая запас упругой энергии конструкции, значительно повышают вероятность ее хрупкого разрушения. Во многих случаях они вызывают также склонность к растрескиванию в присутствии коррозионно-активной среды. По величине остаточные напряжения могут достигать предела текучести.

Длительность этого вида отжига зависит от выбранной температуры нагрева. В частности, при температуре нагрева около 400…600?С выдержка составляет примерно 2,5 мин на 1 мм толщины сечения. При длительности отжига 20ч напряжения почти полностью снимаются при температуре 600?С независимо от их начальной величины. Для сокращения времени отжига его температура может быть повышена до 650…700?С.

Акулич Н.В. Процессы производства черных и цветных металлов и их сплавов, Гомель 2008

Экспертиза

на главную