На производстве часто востребованы металлы с особыми свойствами, однако их создание в больших масштабах нецелесообразно. По этой причине металлургические предприятия изготавливают универсальное сырье, соответствующее государственному стандарту, а оно потом проходит специальную обработку.

Самый популярный способ обработки стали — её отжиг. В результате этой операции меняется структура материала, и это изменение придает ему новые свойства —- например, пониженную твердость и способность выдерживать высокие температуры. Специалисты “Металл Холдинг” подробно объясняет, как происходит отжиг металла и какие есть особенности у этой операции.

 

Зачем нужно поддавать металл термической обработке?

Термообработка сырья позволяет улучшить его физические и химические свойства:

  • сниженная твердость. Работа по такому материалу позволяет ускорить процессы последующей обработки и использовать более широкий спектр инструментов;
  • улучшенная структура. Высокая температура изменяет кристаллическую структуру металла, адаптируя её для дальнейшей обработки.

Порой бывает достаточно и неполного отжига. Также используются различные по своей сложности режимы. Полный отжиг может занимать до нескольких суток в зависимости от размеров обрабатываемого изделия. Самые долгие части этой процедуры — нагревание до необходимой температуры и охлаждение. Отжиг проводится обычно в муфельной печи — в ней можно задать необходимую температуру и тем самым контролировать отжиг.

Если печи нет, контроль за температурой можно проводить только визуально, ориентируясь на цвет сырья.

Какие есть виды отжига металла?

В классификации используют различные роды, полноту и виды отжига.

Отжиг первого рода проходит без рекристаллизации и позволяет устранить следы механической обработки на станках. Такой вид процедуры снижает прочность и увеличивает пластичность металла, а также уменьшает внутреннее напряжение в нем. Такие качества наделяют изделия повышенной надежностью и долговечностью.

Отжиг второго рода использует фазовую рекристаллизацию, за счет чего серьезно меняется структура металла. Фазовая рекристаллизация — это нагревание металла выше критических для него точек с последующим охлаждением. Способ проведения отжига второго рода определяется необходимыми для изделия качествами металла. Здесь особенно важна точность, так как при избыточном перегреве изменения в структуре металла становятся необратимыми, после чего металл надо переплавлять.

Отжиг также бывает полным и неполным. Неполный в большинстве случаев применяется для создания основных элементов конструкций, а неполный — для небольших деталей. Это связано с тем, что степень изменений в структуре стали сильно различается в зависимости от выбранного способа обработки. Здесь важны такие параметры, как температура нагрева, время выдержки, скорость охлаждения и режим охлаждения.

Неполный отжиг не позволяет температуре в печи достигнуть критической для металла точки и не требует жестких условий для режима охлаждения. При полном отжиге металл разогревается наоборот, выше критических для него значений. Необходимо поддерживать эту температуру точно указанное по стандарту время и так же строго выполнить охлаждение в соответствующем режиме.

При этом нужно учитывать все параметры стали: марку, её твердость и содержание примесей, так как для каждого состава есть свой государственный стандарт для термической обработки.

По виду различают изотермический, диффузионный и рекристаллический отжиг.

Изотермический отжиг — самый подходящий вариант для легированных марок стали. Этот способ заключается в том, чтобы нагреть металл до аустенитной фазы и ускоренно потом его охладить. После этого заготовка выдерживается в печи на конечной температуре после охлаждения до тех пор, пока не наступает перлитное состояние. Затем металл до конца охлаждается вне печи, естественным способом на воздухе. Для сталей с высоким процентом хрома в составе это самый эффективный способ увеличить их пластичность.

Также для изотермического отжига характерен особенный способ охлаждения. Для него материал не охлаждают постепенно, как при других видах отжига, а держат в постоянной температуре, за счет чего аустенит полностью распадается с преобразованием ферритового и перлитового состояния. Так происходит обработка сплавов, устойчивых к воздействию экстремальных температур, а также для обработки мелких деталей и инструментов. При этом этот вид отжига не занимает много времени, оставаясь эффективным для решения многих технологических задач производства.

Диффузионный отжиг по всем стандартам считается экстремальным, так как при нем металл нагревают до максимально высоких температур, экстремально превышающих критические для него точки нагрева. Такая методика подойдет для работы с легкоплавкими составами и сплавами с достаточно сложными составами. С помощью диффузионного отжига можно сделать структуру стали более мягкой и более пластичной, открывая доступ к другим возможностям для дальнейшей обработки.

Отметим, что при использовании такого вида отжига необходим строгий контроль за температурным режимом и точное соблюдение технологии операции, потому при работе с экстремально высокими температурами всегда есть вероятность перегрева, после чего сплав придется отдавать на переплавку. Точные значения температуры для каждой марки стали указаны в металлургических справочниках — четкое отслеживание этих значений уберегает состав от утраты своих качеств.

Рекристаллизационный отжиг — это способ, подходящий для избавления от нежелательных качеств материала. С помощью этой методики снимают наклеп и всевозможные повреждения после предыдущих этапов обработки. Таким способом обрабатывают:

  • листовой металлопрокат;
  • проволоку и прутки;
  • различные виды труб;
  • штамповку.

Использование рекристаллизационного отжига позволяет различным видам металла приобрести необходимые для производства характеристики, чтобы удовлетворять требуемым качествам конечного изделия.

То, какую методику нужно выбрать, зависит от изначального химического состава сплава и необходимых качеств конечного продукта. Для правильной термической обработки металла материал нужно нагревать с превышением температуры кристаллизации на пару сотен градусов. Способ обработки также определяет качества, которые можно придать материалу.

Часто достаточно неполного отжига, но для мелких деталей понадобится использование полного.

 

 

Особенности работы с разными видами стали

Для каждой марки есть свои стандарты обработки и технологические требования к проведению термической обработки. Главный параметр, который учитывается — содержание углерода и процент других металлов в сплаве. На твердость также влияет время, отведенное на выдержку металла в печи и на охлаждение.

Нередко используют две печи: одну для поддержания максимальной температуры, и вторую для завершения формирования нужной молекулярной структуры материала. В первой печи температура может быть выше тысячи градусов с дальнейшем охлаждением со скоростью до ста градусов в час. Ниже 300 градусов изделие охлаждается уже вне печи.

Доэвтектоидные стали содержат менее одного процента углерода, в их структуре преобладают феррит и перлит, поэтому для марок этой стали достаточно неполного отжига, чтобы увеличить пластичность металла. Такие низкоуглеродистые марки часто используются в строительстве для создания прочных несущих конструкций. К их обработке могут быть выставлены жесткие требования — в таких случаях применяют полный отжиг. Этот вид отжига позволяет создать сбалансированную по напряжению и другим качествам структуру в зависимости от требований производства.

Под воздействием высоких температурных режимов происходят серьезные структурные изменения металла — проанализировать их можно исключительно с помощью специального оборудования. Для каждого вида сплавов разработаны свои рекомендации и стандарты на основе многочисленных исследований, позволяющие эффективно закалять и обрабатывать их. В них прописаны температурные режимы, время выдержки и другие особенности технологического процесса.

Это актуально для работы в производственных условиях, когда такая обработка принимает более масштабный характер. Для любительской работы достаточно простого соблюдения правил отжига, так как для бытового применения стали в большинстве случаев не имеет значения, какой именно это сплав по содержанию примесей.

Сеть металлобаз “Металл Холдинг” предлагает услуги по нескольким видам обработки металлопроката, в том числе отжига.