Відпал рекристалізації - навчальний посібник Луганськ
відпал рекристалізації
Під відпал рекристалізації розуміють нагрів металу для усунення наклепу, створеного холодною пластичною деформацією. Нагрівання здійснюється вище температурного порога рекристалізації з подальші-щей витримкою, яка в залежності від мети відпалу може забезпечити не тільки завершення первинної рекристалізації, а й певний розвиток збиральної рекристалізації.
Відпал рекристалізації може використовуватися перед холодної обробкою тиском як підготовча операція, що забезпечує нуж-ні пластичність і структуру. Він проводиться між операціями холодного деформування для зняття наклепу. У ряді випадків відпал рекристалізації є остаточною термічною обробкою, при якій форми-ється необхідний комплекс властивостей. Найчастіше відпал рекристалізації холоднодеформованих вуглецевих і легованих сталей здійс-ствляется нижче критичної точки A1 при температурах 600 ... 720 ° С.
Необхідно враховувати, що при нагріванні холоднодеформованих ста-лей відбувається не тільки рекристалізація фериту, але може змінюватися морфологія і дисперсність карбідної фази. Якщо сталь мала у вихідній структурі пластинчастий перліт, то при проведенні відпалу не виключено розвиток сфероїдизації і коагуляції карбідів. В результаті відпал рекристалізації може привести до формування структури з зернистим цементитом.
^ Відпал для зменшення залишкових напруг
Під внутрішньою напругою розуміють напруги, урівноважуючі в обсязі тіла при відсутності зовнішніх навантажень. Їх поява мо-же бути пов'язано із здійсненням різних технологічних операцій (лиття, зварювання, обробки тиском і т.д.). Внутрішні напруги в біль-шей чи меншою мірою зберігаються після закінчення цих операцій. У цьому випадку вони називаються залишковими напруженнями.
Завжди є небезпека, що залишкові напруги будуть складатися з зовнішніми робочими напругами. Великі сумарні напруги можуть викликати небажані зміни форми (викривлення) і розмірів виробів. Якщо залишкові напруги великі, то можливе руйнування при незначи-них зовнішніх навантаженнях. Особливо сприяють утворенню та розвитку тріщин напруження розтягу.
З залишковими напруженнями пов'язана пружна деформація. Якщо викликати пластичне протягом в обсягах, де вона зосереджена, то станеться розряд-ка залишкових напружень. При нагріванні межа плинності зменшується, і ко-ли він виявиться нижче залишкових напруг, стає можливим роз-нення пластичної деформації, в результаті чого залишкові напруги сни-жають до рівня межі текучості при температурі нагріву. При постоян-ної температурі процес зменшення залишкових напружень йде з затухаючи-ням. Чим вище температура нагріву, тим швидше і повніше зменшуються ос-таточно напруги.
Деякі види термічної обробки одночасно з рішенням основного завдання забезпечують зменшення залишкових напружень. Так розглянутий в попередньому розділі відпал рекристалізації поряд з формуванням заданої структури знижує рівень внутрішніх напружень-ний, що виникли під час холодної обробки тиском.
Для зменшення залишкових напруг може бути використана спеціальна термічна обробка - отжиг, при якому нагрів здійснюють до температур, що лежать нижче точки А1. Як правило, отжиг проводиться в ін-інтервалі 450 ... 650 ° С, так як при більш низьких температурах межа плинності більшості сталей залишається досить високим. Тривалість відпалу зазвичай встановлюється експериментально. Охолодження після закінчення ви-тримки слід проводити з невеликою швидкістю для виключення можливо-сти виникнень нових внутрішніх напружень.
При виборі режиму відпалу для зменшення залишкових напруг необхідно враховувати характер попередньої термічної обробки. Якщо виріб піддавалося загартуванню та високому відпуску, то для того, щоб збереженні-нілся отриманий комплекс механічних властивостей, температура последующе-го відпалу повинна бути нижче температури високого відпустки.
^ 31. ВІДПАЛ ДРУГОГО РОДУ СТАЛИ
Для сталей отжиг другого роду полягає в нагріванні до аустенітного стану і наступному охолодженні, що забезпечує розпад переохолоджений-ного аустеніту по дифузійному механізму.
^ Повний відпал
Такому відпалу піддають вуглецеві і леговані доевтектоїдних стали. Після лиття, гарячої деформації і інших операцій, пов'язаних з високотемпературними нагріву, сталеві вироби зазвичай характеризують-ся крупнозернистий, яскраво вираженою неоднорідністю структури і підвищеним рівнем внутрішніх напружень. Мета повного відпалу - отримати більш однорідну структуру, подрібнити зерно і зменшити внутрішні напруження. Застосування цього відпалу дозволяє знизити твердість сталі і поліпшити різанням. Найчастіше повний отжиг подготавлі-кість структуру для подальших технологічних операцій і рідко использу-ється як остаточна термічна обробка.
Мал. 31.1. Температури на-Гревьє вуглецевих сталей при різних видах віджигу:
1 - повний відпал; 2 - нормалізація; 3 - неповний отжиг; 4 - Сфероідізірующій отжиг
При відпалі вуглецевих сталей температуру нагрівання вибирають на 20 ... 40 ° С вище точки АС3 (рис. 31.1.). Таке нагрівання забезпечує отримання дрібного аустенітного зерна. Надмірне підвищення температури нагріву може викликати небажаний ріст зерна аустеніту і погіршення властивостей ста-ли. Отжигают сталь завантажують в холодну або розігріту піч і далі на-Гревал разом з піччю. Під час витримки при обраній температурі повинен відбутися наскрізний прогрів садки і завершення процесів утворення аустеніту.
Швидкість охолодження повинна забезпечити протікання дифузійного розпаду переохолодженого аустеніту при невеликих переохолодженнях, щоб уникнути утворення надмірно дисперсної феррито-карбідної структури з підвищеною твердістю. Вуглецеві сталі зазвичай охолоджують з піччю зі швидкістю 150 ... 200 град / ч. Коли не небезпечні термічні напруги, охлаж-дення після завершення дифузійного перетворення можна прискорити. У цьому випадку метал вивантажують з печі при 500 ... 600 ° С і охолоджують на спокійному повітрі. Після відпалу доевтектоїдних стали мають структуру, що складається з надлишкового фериту і пластинчастого перліту.
Мал. 31.2. Схема охолодження доевтектоїдної стали при повному відпалі з безперервним охолодженням (1) і ізотермічному відпалі (2)
У легованих доевтектоїдних сталях освіту аустеніту може протікати помітно повільніше, ніж в вуглецевих. Тому їх нагрівання для віджигу здійснюється до більш високих температур, а тривалість витримки збільшується. Зважаючи на високу стійкості переохолодженого аустеніту ле-гірованного стали в порівнянні з вуглецевими охолоджують з меншими швидкостями (10 ... 100 град / ч).
Зазвичай повний отжиг легованих сталей характеризується великою тривалістю. Для прискорення процесу можна використовувати його різновид-ність - ізотермічний отжиг. Після аустенітизації стали прискорено ох-лаждающей до температур на 50 ... 100 ° С нижче точки А1. а потім слід витримає-ка, необхідна для повного розпаду переохолодженого аустеніту, після чого слід охолодження на повітрі (рис. 31.2.). Ізотермічний отжиг не тільки со-припиняється тривалість технологічного процесу в порівнянні зі звичайним повним відпалом, але також призводить до більш однорідною структурою по січі-нию вироби, так як в результаті вирівнювання температури за обсягом металу дифузний розпад переохолодженого аустеніту протікає при одній ступені переохолодження.
^ Неповний отжиг
Неповний отжиг використовується для зниження твердості доевтектоїдних сталей і зменшення внутрішньої напруги. Він полягає в нагріванні до температур, що лежать вище точки АС1. але нижче точки АС3. і наступному охолодженні з тією ж швидкістю, що і при повному відпалі (рис. 31.2.). При такому режимі нагріву повна перекристалізація стали не реалізується: в аустеніт повністю перетворюється лише перліт, а надлишковий ферит зазнає часткове перетворення. Тому неповний отжиг може бути використаний тільки в тих випадках, коли структура стали, що сформувалася при предше-ствующих технологічних операціях, має досить дрібне зерно і в ній немає грубих феритних утворень. Неповний отжиг в порівнянні з повним відпалом менш тривалий і більш економічний.
нормалізація
При нормалізації сталь нагрівають до аустенітного стану і після нетривалої витримки охолоджують на спокійному повітрі. Температуру нагрівання вибирають на 30 ... 50 ° С вище точки АС3 для доевтектоїдних сталей і точки Аcm - для заевтектоідних (рис. 31.1.). Охолодження на повітрі має забезпечити формування ферріто-карбідної структури. По суті нор-малізація - це той же повний отжиг, але тільки здійснюваний з прискорений-ним охолодженням.
Для маловуглецевих сталей нормалізація часто використовується замість відпалу. Вона є більш короткочасною обробкою і незважаючи на недо-лось підвищення твердості помітно не позначається на оброблюваності ре-пізнанням, а іноді навіть її покращує. Для ряду маловуглецевих сталей норма-лізація дозволяє отримати підвищений рівень міцності в поєднанні з низьким порогом хладноломкости і застосовується як остаточна термооб-работка.
Середньовуглецеві стали після нормалізації в порівнянні з відпалом мають більш високі властивості міцності при тій же або навіть більшої пластичності і ударної в'язкості (табл.1). У порівнянні з загартуванням і високим відпусткою комплекс властивостей нормалізованої сталі гірше. Однак для багатьох виробів властивості виявляються цілком прийнятними і тоді нормалізацію використовують як остаточну термічну обробку.
Швидкість охолодження повинна забезпечити протікання дифузійного розпаду переохолодженого аустеніту при невеликих переохолодженнях, щоб уникнути утворення надмірно дисперсної феррито-карбідної структури з підвищеною твердістю. Вуглецеві сталі зазвичай охолоджують з піччю зі швидкістю 150 ... 200 град / ч. Коли не небезпечні термічні напруги, охлаж-дення після завершення дифузійного перетворення можна прискорити. У цьому випадку метал вивантажують з печі при 500 ... 600 ° С і охолоджують на спокійному повітрі. Після відпалу доевтектоїдних стали мають структуру, що складається з надлишкового фериту і пластинчастого перліту.
Таблиця 1
Механічні властивості сталі 40Х після різних обробок
Застосування нормалізації для заевтектоідних сталей пов'язано в основному з усунення грубої карбідної сітки. При нагріванні вище Аcm відбувається розчинення надлишкового цементиту, а подальше прискорене охолодження на повітрі пригнічує його виділення по границях зерен.
^ Сфероідізіруюшій отжиг
Такий відпал найбільш широко застосовується для заевтектоідних вуглецевих і легованих сталей. Його метою є отримання структури з глобулярної формою цементиту. Зернистий перліт в порівнянні з пластінча-тим володіє меншою твердістю, більшою пластичністю і в'язкістю, що в багатьох випадках забезпечує кращу оброблюваність різанням і хорошу штампуемость. Для високовуглецевих інструментальних сталей структура зернистого перліту найбільш сприятлива для проведення гарту.
Нагрівання вище оптимального інтервалу температур викликає гомогенності-цію аустеніту і зменшення кількості які не розчинилися карбідних годину-тиц, що призводить до утворення при охолодженні пластинчастого перліту.
Мал. 31.3. Схеми Сфероідізірующій відпалу заевтектоідних сталей:
а - відпал з безперервним охолодженням; б - ізотермічний відпал
У заевтектоідних сталях, легованих карбидообразующих елементами, процес розчинення карбідної фази при нагріванні утруднений. Тому ці стали при Сфероідізірующій відпалі нагрівають до більш високих темпера-тур, ніж вуглецеві.
Заевтектоідние вуглецеві стали охолоджують при відпалі зі швидкістю-ми 20. 50 град / ч. Таке охолодження повинно забезпечити розпад переохолоджений-ного аустеніту на ферито-карбідну структуру, сфероідізаціей і коагулят-цію карбідних частинок. Чим менше швидкість охолодження, тим до великих розмірів встигають вирости частки карбідів. Охолодження з регламентується-ванною швидкістю зазвичай здійснюють до 600 ... 500 ° С; далі метал охлаж-дають прискорено на повітрі.