Відпал стали як вид термічної обробки. технологія металів

Створення нових матеріалів і управління їхвластивостями - це мистецтво технології металів. Одним з її інструментів є термічна обробка. Ці процеси дозволяють змінювати характеристики і відповідно, сфери використання сплавів. Відпал стали - широко поширений варіант для усунення виробничих дефектів виробів, підвищення їх міцності і надійності.

Завдання процесу і його різновиди

Операції відпалу виробляються з метою:

оптимізації внутрікристалічної структури, упорядкування легуючих елементів;
мінімізації внутрішніх спотворень і напруг внаслідок стрімких технологічних температурних перепадів;
підвищення піддатливості об'єктів до подальшої обробки різанням.

Класичну операцію називають «повним відпалом»,однак існує цілий ряд його різновидів, залежно від заданих властивостей і особливостей виконання завдань: неповний, низький, дифузний (гомогенізація), ізотермічний, рекрісталлізаціонний, нормалізаційний. Всі вони схожі за принципом, однак режими термообробки сталей значно відрізняються.

Термічна обробка на основі діаграми

Всі перетворення в чорній металургії, якізасновані на грі температур, чітко відповідають діаграмі залізовуглецевих сплавів. Вона є наочним посібником для визначення мікроструктури вуглецевих сталей або чавунів, а також точок перетворення структур і їх особливостей під впливом нагріву або охолодження.

Технологія металів регламентує цим графікомвсі види відпалу вуглецевих сталей. Для неповного, низького, а також для рекристалізації «відправними» температурними значеннями служить лінія PSK, а саме її критична точка Ас₁. Повний відпал і нормалізація стали термічно орієнтовані на лінію діаграми GSE, її критичні точки Ac₃ і Ас_m. Також діаграма чітко встановлює зв'язок певного способу термічної обробки з видом матеріалу за змістом вуглецю і відповідну можливість її проведення для конкретного сплаву.

повний відпал

Об'єкти: виливки і поковки із доевтектоїдної сплаву, при цьому склад стали повинен наповнювати карбон в кількості до 0,8%.

мета:

максимальна зміна мікроструктури, отриманої литтям і гарячим тиском, приведення неоднорідного крупнозернистого ферритно-перлітного складу в однорідний дрібнозернистий;
зниження твердості і підвищення податливості для подальшої обробки різанням.

Технологія. Температура відпалу стали на 30-50˚С вище критичної точки Ас₃. Після досягнення металом заданих термічниххарактеристик їх підтримують на цьому рівні протягом деякого часу, що дозволяє завершити всіх необхідних перетворення. Великі перлітні і ферритні зерна повністю переходять в аустеніт. Наступний етап - повільне охолодження разом з піччю, в процесі якого з аустеніту знову виділяються феррит і перліт, який має дрібне зерно і однорідну структуру.

Повний відпал стали дозволяє усунути найбільш складні внутрішні дефекти, однак є дуже тривалим і енергоємним.

неповний отжиг

Об'єкти: доевтектоїдних стали, не мають серйозних внутрішніх неоднорідностей.

Мета: подрібнення і пом'якшення перлитного зерна, без зміни ферритной основи.

Технологія. Нагрівання металу до температур, що потрапляють в проміжок між критичними точками Ас₁ і Ас₃. Витримка заготовок в печі при стабільниххарактеристиках сприяє завершенню необхідних процесів. Охолодження здійснюється повільно, разом з піччю. На виході отримують ту ж перлітною-феритної дрібнозернисту структуру. При такому термічному впливі перліт перетворюється в дрібнозернистий, феррит ж залишається незмінним кристаллически, а може лише змінюватися структурно, також подрібнити.

Неповний отжиг стали дозволяє врівноважити внутрішній стан і властивості нескладних об'єктів, він менш енергоємний.

Низький отжиг (рекристалізація)

об'єкти: всі види прокату з вуглецевої сталі, леговані сталі з вмістом вуглецю в межах 0,65% (наприклад, шарикоподшипниковая), деталі і заготовки з кольорових металів, які не містять серйозних внутрішніх дефектів, проте потребують неенергоємних корекції.

мета:

зняття внутрішніх напружень і наклепу внаслідок впливу як холодної, так і гарячої деформації;
ліквідація негативних наслідків нерівномірного охолодження зварних конструкцій, підвищення пластичності і міцності швів;
надання однорідності микроструктуре продукції кольорової металургії;
сфероідізація пластинчастого перліту - надання йому зернистої форми.

Технологія.

Нагрівання деталей проводиться на 50-100˚С нижче критичної точки Ас₁. Під дією таких впливів усуваютьсянезначні внутрішні зміни. Весь технологічний процес займає близько 1-1,5 години. Зразкові значення температурних інтервалів для деяких матеріалів:

Вуглецева сталь і мідні сплави - 600-700˚С.
Нікелеві сплави - 800-1200˚С.
Алюмінієві сплави - 300-450˚С.

Охолодження здійснюється на повітрі. Для мартенситних і бейнітного сталей технологія металів передбачає іншу назву цього процесу - високий відпустку. Є простим і доступним способом поліпшення властивостей деталей і конструкцій.

Гомогенізація (дифузний відпал)

Об'єкти: великі продукти лиття, особливо виливки з легованої сталі.

мета: рівномірний розподіл атомів легуючих елементів по кристалічним ґратам і всьому об'єму злитка в результаті високотемпературної дифузії; пом'якшення структури заготовки, зниження її твердості перед виконанням наступних технологічних операцій.

Технологія. Нагрівання матеріалу виробляють до високих температур 1000-1200˚С. Стабільні термічні характеристики необхідно утримувати протягом тривалого часу - близько 10-15 годин, в залежності від розмірів і складності литий конструкції. По завершенні всіх етапів високотемпературних перетворень слід повільне охолодження.

Трудомісткий, проте високоефективний процес вирівнювання мікроструктури великих конструкцій.

ізотермічний отжиг

Об'єкти: листовий прокат вуглецевої сталі, вироби з легованих і високолегованих сплавів.

Мета: поліпшення мікроструктури, зняття внутрішніх дефектів з меншими витратами часу.

Технологія. Метал спочатку нагрівають до температур повного відпалу і витримують час, необхідний для перетворень всіх наявних структур в аустеніт. Далі повільно охолоджують зануренням в розпечену сіль. По досягненню теплоти на 50-100˚С нижче точки Ас₁ поміщають в піч з метою підтримки її на даному рівні протягом часу, необхідного для повного перетворення аустеніту в перліт і цементит. Завершальне охолодження відбувається на повітрі.

Метод дозволяє досягти необхідних властивостей заготовок з легованої сталі, при цьому економить час, в порівнянні з повним відпалом.

нормалізація

Об'єкти: виливки, поковки та деталі з низьковуглецевої, среднеуглеродистой і низьколегованої сталі.

Мета: впорядкування внутрішнього стану, надання потрібної твердості і міцності, поліпшення внутрішнього стану перед наступними етапами термообробки і обробки різанням.

Технологія. Сталь нагрівають до температур, які лежать трохи вище лінії GSE і її критичних точок, витримують і охолоджують на повітрі. Таким чином, швидкість завершення процесів збільшується. Однак за допомогою цієї процедури можна досягти раціональної спокійній структури лише в тому випадку, коли склад стали визначено вуглецем в кількості не більше 0,4%. З підвищенням кількості карбону має місце підвищення твердості. Та ж сталь після нормалізації має велику твердість разом з рівномірно розташованим дрібним зерном. Методика дозволяє значно підвищити опір сплавів руйнування і податливість обробці різанням.

Можливі дефекти відпалу

Під час виконання операцій термічної обробки необхідно дотримуватися заданих режимів температурних нагревов і охолоджень. У разі порушення вимог можуть виникнути різні дефекти.

Окислення поверхневого шару і утворенняокалини. Під час проведення операції розпечений метал вступає в реакцію з киснем повітря, що призводить до утворення окалини на поверхні заготовки. Чи підлягає очищенню механічним способом або за допомогою спеціальних хімічних реактивів.
Вигоряння вуглецю. Також відбувається в результаті впливу кисню на гарячий метал. Зниження кількості вуглецю в поверхневому шарі призводить до зниження його механічних і технологічних властивостей. З метою запобігання цих процесів, отжиг стали необхідно проводити паралельно з введенням всередину печі захисних газів, основне завдання яких - не допустити взаємодій сплаву з киснем.
Перегрів. Є наслідком тривалої витримки в печі при високій температурі. Має наслідком надмірне зростання зерен, придбання неоднорідною крупнозернистою структури, підвищення крихкості. Піддається виправленню шляхом здійснення чергового етапу повного відпалу.
Перепалив. Відбувається в результаті перевищення допустимих значень нагріву і витримки, призводить до руйнування зв'язків між деякими зернами, повністю псує всю структуру металу і не піддається виправленню.

Для запобігання збоїв важливо чітко виконувати завдання термообробки, володіти професійними навичками і строго контролювати процес.

Відпал стали є високорезультативнихтехнологією приведення мікроструктури деталей будь-якої складності і складу до оптимального внутрішньою будовою і станом, яке потрібно для наступних етапів термічних впливів, обробки різанням і введення конструкції в експлуатацію.

</ P>>