Отжиг.

Отжигом называют термообработку, направленную на получение в металлах равновесной структуры. Любой отжиг включает в себя нагрев до определенной температуры, выдержку при этой температуре и последующее медленное охлаждение. Цель отжига - уменьшить внутренние напряжения в металле, уменьшить прочностные свойства и увеличить пластичность. Отжиг делят на отжиг 1 рода и 2 рода.

Отжиг 1 рода - это такой вид отжига, при котором не происходит структурных изменений, связанных с фазовыми превращениями.

Отжиг 1 рода в свою очередь разделяют на 4 группы:

1.  Гомогенизация- отжиг, направленный на уменьшение химической неоднородности металлов, образующейся в результате рекристаллизации. В отличие от чистых металлов, все сплавы после кристаллизации характеризуются неравновесной структурой, т.е. их химический состав является переменным как в пределах одного зерна, так и в пределах всего слитка.

Химическая неоднородность обусловлена различной температурой плавления исходных компонентов. Чем меньше это различие, тем более заметна химическая неоднородность, получающаяся в слитке. Избавится от нее невозможно, можно только уменьшить. Для этого применяют высокотемпературный отжиг с длительными выдержками (от 2 до 48 часов). При высокой температуре подвижность атомов в кристаллической решетке высокая и с течением времени за счет процессов диффузии происходит постепенное выравнивание химического состава. Однако усреднение химического состава происходит в пределах одного зерна, т.е. устраняется в основном дендритная ликвация. Чтобы устранить зональную ликвацию (химическую неоднородность в пределах части слитка), необходимо выдерживать слитки при данной температуре в течение нескольких лет. А это практически невозможно.

В процессе отжига на гомогенизацию происходит постепенное растворение неравновесных интерметаллидных фаз, которые могут образоваться в результате кристаллизации с большой скоростью. При последующем медленном охлаждении после отжига такие неравновесные фазы больше не выделяются. Поэтому после гомогенизации металл обладает повышенной пластичностью и легко поддается пластической деформации.

2. Рекристаллизационный отжиг. Холодная пластическая деформация вызывает изменение структуры металла и его свойств. Сдвиговая деформация вызывает увеличение плотности дефектов кристаллической решетки, таких как вакансии, дислокации. Образование  ячеистой структуры происходит с изменением формы зерен, они плющиваются, вытягиваются в направлении главной деформации. Все эти процессы ведут к тому, что прочность металла постепенно увеличивается, пластичность падает, т.е. возникает наклеп или нагартовка. Дальнейшая деформация такого металла невозможна, т.к. происходит его разрушение. Для снятия эффекта упрочнения применяют рекристаллизационный отжиг, т.е. нагрев металла до температур выше начала кристаллизации, выдержку с оследующим медленным охлаждением. Температура нагрева зависит от состава сплава. Для чистых металлов температура начала рекристаллизации t_p=0,4Тпл, ºК, для обычных сплавов порядка 0,6Тпл, для сложных термопрочных сплавов 0,8Тпл. Продолжительность такого отжига зависит от размеров детали и в среднем составляет от 0,5 до 2 часов. В процессе рекристаллизационного отжига происходит образование зародышей новых зерен и последующий рост этих зародышей. Постепенно старые деформированные зерна исчезают. Количество дефектов в кристаллической решетке уменьшается, наклеп устраняется, и металл возвращается в исходное состояние.  

Степень деформации определяет размер зерна после отжига. Если она близка к критической (e_кр=5-15%), то в результате после отжига в металле возникают крупные зерна, что обычно нежелательно. Поэтому перед рекристаллизационным отжигом деформацию металлов производят со степенью 30-60%. В результате получается мелкозернистая однофазная структура, обеспечивающая хорошее сочетание прочности и пластичности. Увеличение степени деформации до 80-90% вызывает появление в металле текстуры деформации. После рекристаллизационного отжига текстура деформации меняется на текстуру рекристаллизации. Как правило, это сопровождается резким направленным ростом зерна. Увеличение размеров зерна, т.е. снижение механических свойств, может вызвать также слишком большая температура отжига или большая выдержка. Поэтому при назначении режимов отжига необходимо использовать диаграмму рекристаллизации.

Рекристаллизационный отжиг может применяться как предварительная, промежуточная, так и как окончательная термообработка. Как предварительная термообработка он применяется перед холодной деформацией, если исходное состояние металла неравновесное и имеет какую-то степень упрочнения. Как промежуточная операция рекристаллизационный отжиг применяется между операциями холодной деформации, если суммарная степень деформации слишком велика и запасов пластичности металла не хватает. Как окончательный вид отжига его применяют в том случае, если потребитель требует поставки полуфабрикатов в максимально пластичном состоянии. В некоторых случаях потребителю требуется полуфабрикат, сочетающий определенный уровень прочности с необходимым запасом пластичности. В этом

случае вместо рекристаллизационного отжига используют его разновидность - отжиг на полигонизацию. Отжиг на полигонизацию проводят при температуре, которая ниже температуры начала рекристаллизации. Соответственно при такой температуре происходит лишь частичное устранение наклепа за счет процессов возврата второго рода, т.е. происходит уменьшение плотности дефектов кристаллической решетки, образование ячеистой дислокационной структуры без изменения формы зерен. Степень уменьшения наклепа зависит, прежде всего, от температуры. Чем ближе температура к порогу рекристаллизации, тем меньше наклеп, тем больше пластичность и наоборот.  

3.  Отжиг для снятия внутренних напряжений. Внутренние напряжения в металле могут возникать в результате различных видов обработки. Это могут быть термические напряжения, образовавшиеся в результате неравномерного нагрева, различной скорости охлаждения отдельных частей детали после горячей деформации, литья, сварки, шлифовки и резания. Могут быть структурными, т.е. появившиеся в результате структурных превращений, происходящих внутри детали в различных местах с различной скоростью. Внутренние напряжения в металле могут достигать большой величины и, складываясь с рабочими, т.е. возникающими при работе, могут неожиданно превышать предел прочности и приводить к разрушению. Устранение внутренних напряжений производится с помощью специальных видов отжига. Этот отжиг проводится при температурах ниже температуры рекристаллизации: t_отж=0,2-0,3Тпл º К. Повышенная температура облегчает скольжение дислокаций и, под действием внутренних напряжений, происходит их перераспределение, т.е. из мест с повышенным уровнем внутренних напряжений дислокации перемещаются в области с пониженным уровнем. Происходит как бы разрядка внутренних напряжений. При нормальной температуре этот процесс будет длиться в течение нескольких лет. Увеличение температуры резко увеличивает скорость разрядки, и продолжительность такого отжига составляет несколько часов.

4.  Патентирование. Смотреть термообработку стали.

Отжиг второго рода- термообработка, направленная на получение равновесной структуры в металлах и сплавах, испытывающих фазовые превращения.

При отжиге второго рода нагрев и последующее охлаждение может вызвать как частичную, так и полную замену исходной структуры. Полная замена (aRbRa) в результате двойной перекристаллизации позволяет кардинально изменить строение сплава, уменьшить размер зерна, снять наклеп, устранить внутренние напряжения, т.е. полностью изменить структуру и свойства детали. Отжиг второго рода может быть полным и неполным.  

Полный отжиг сопровождается полной перекристаллизацией. При неполном отжиге структурные превращения происходят не полностью, с частичным сохранением исходной фазы. Неполный отжиг применяется в тех случаях, когда можно изменить строение второй фазы, исчезающей и вновь появляющейся при этом виде отжига.

"Старение" материалов — медленное самопроизвольное необратимое изменение свойств материалов. Старение происходит под действием теплового движения молекул и атомов, светового и иного излучения, механических воздействий, гравитационных и магнитных полей и других факторов. В результате материал переходит в более равновесное состояние. В экономике считается вредным процессом, так как свойства материала с течением времени отклоняются от спроектированных, обычно в худшую сторону.

Старение происходит, как правило, в твёрдых телах, полимерах и жидких смесях. В газах и низкомолекулярных чистых жидкостях старения не происходит из-за того, что они крайне быстро приходят в термодинамическое равновесие.

Основные виды старения:

• Механическое старение металлов в основном связано с диффузией атомов металла. Особое значение имеет старение стали.

• Магнитное старение приводит к постепенному изменению магнитных свойств под действием переменных магнитных полей, температурных перепадов, вибрации и иных факторов.

• Старение коллоидных систем имеет много проявлений, среди которых известны коагуляция, коалесценция, седиментация, синерезис ирекристаллизация.

• Старение полимеров — это деструкция макромолекул (либо, наоборот, их сшивание) под действием тепла, излучений, воды, воздуха и других факторов.

Чтобы изготавливаемый материал имел стабильные свойства, нередко применяют искусственное старение.

Зака́лка — вид термической обработки материалов (металлы, их сплавы, стекло), заключающийся в их нагреве выше критической температуры(температуры изменения типа кристаллической решетки, т. е. полиморфного превращения, либо температуры, при которой в матрице растворяются фазы, существующие при низкой температуре), с последующим быстрым охлаждением. ^[1] Закалку металла для получения избытка вакансий не следует смешивать с обычной закалкой, для проведения которой необходимо, чтобы были возможные фазовые превращения в сплаве.

Чаще всего охлаждение осуществляется в воде или масле, но существуют и другие способы охлаждения: в псевдокипящем слое твёрдого теплоносителя, струёй сжатого воздуха, водяным туманом, в жидкую полимерную закалочную среду.

Различают закалку с полиморфным превращением, для сталей, и закалку без полиморфного превращения, для большинства цветных металлов.

Материал, подвергшийся закалке приобретает бо́льшую твердость, но становится хрупким, менее пластичным и менее вязким, если сделать большее количество повторов нагревание-охлаждение. Для снижения хрупкости и увеличения пластичности и вязкости, после закалки с полиморфным превращением применяют отпуск. После закалки без полиморфного превращения применяют старение. При отпуске имеет место некоторое снижение твердости и прочности материала. ^[2]

В зависимости от температуры нагрева, закалку подразделяют на полную и неполную. В случае полной закалки материал нагревают на 30 - 50°С выше линии GS для доэвтектоидной стали и эвтектоидной, заэвтектоидная линия PSK (см. диаграмму железоуглеродистых сплавов), в этом случае стальприобретает структуру аустенит и аустенит + цементит. При неполной закалке производят нагрев выше линии PSK диаграммы, что приводит к образованию избыточных фаз по окончании закалки. Неполная закалка, как правило, применяется для инструментальных сталей

Закалка снимается отпуском материала.

В некоторых изделиях закалка выполняется частично, например при изготовлении японских катан, закалке подвергается только режущая кромка меча.

Мартенсит — микроструктура игольчатого (пластинчатого) вида, а также реечного (пакетного) наблюдаемая взакалённых металлических сплавах и в некоторых чистых металлах, которым свойственен полиморфизм. Мартенсит — основная структурная составляющая закалённой стали; представляет собой упорядоченныйпересыщенный твёрдый раствор углерода в α-железе такой же концентрации, как у исходного аустенита. С превращением мартенсита при нагреве и охлаждении связан эффект памяти металлов и сплавов. Назван в честь немецкого металловеда Адольфа Мартенса.

Марка: 45ХН (заменитель: 40ХН) Вид поставки: сортовой прокат, в том числе фасонный: ГОСТ 4543-71, ГОСТ 2590-2006, ГОСТ 2591-2006, ГОСТ 2879-2006. Калиброванный пруток: ГОСТ 7417-75, ГОСТ 8559-75, ГОСТ 8560-78, ГОСТ 1051-73. Шлифованный прутов и серебрянка: ГОСТ 14955-77. Полоса ГОСТ 103-2006. Поковки и кованные заготовки: ГОСТ 1133-71, ГОСТ 8479-70. Трубы ОСТ 14-21-77 Класс: Сталь конструкционная легированная Использование в промышленности: коленчатые валы, шатуны, шестерни, шпиндели, муфты, болты и другие ответственные детали.

Механические свойства стали 45ХН
ГОСТ	Состояние поставки, режим термообработки	Сечение,мм	КП	σ0,2 (МПа)	σв(МПа)	δ5(%)	ψ%	KCU (кДж / м2)	НВ, не более
ГОСТ 4543-71	Пруток. Закалка 820 °С, вода или масло. Отпуск 530 °С, вода или масло	25	-	835	1030	10	45	69	-
ГОСТ 8479-70	Поковки. Закалка. Отпуск	До 100	590 640	590 640	735 785	14 13	45 42	59 59	235-277 248-293

 

Твёрдость стали 45ХН после термообработки и закалки ТВЧ
Режимы термообработки	HB (HRC3), не более
Цианирование 810-830 °С, масло. Отпуск 200 °С, воздух Закалка ТВЧ 850-870 °С. Отпуск 180-220 °С	Сердцевины 450 Поверхности (59) Сердцевины 300 Поверхности (53-57)

 

Механические свойства стали 45ХН в зависимости от температуры отпуска
Температура отпуска, °С	σ0,2 (МПа)	σв(МПа)	δ5 (%)	ψ %	HB
Закалка 815 °С, масло
200 300 400 500 600	1530 1420 1250 980 750	1690 1620 1380 1140 900	8 7 10 15 20	24 32 40 52 60	460 450 380 310 250

σ²⁹⁰_1,5/100000=207 МПа,  σ⁶⁵⁰_1,5/100000=2,0 МПа,  σ⁴²⁵_4/100000=69 МПа.

Механические свойства стали 45ХН при повышенных температурах
Температура испытаний, °С	σ0,2 (МПа)	σв(МПа)	δ5 (%)
Закалка 840 °С, масло. Отпуск 480 °С
20 150 290 425 535	720 680 670 520 210	910 880 - 670 440	21 19 27 25 33

 

Предел выносливости стали 45ХН
σ-1, МПА		Термообработка
594 506	892 773	Закалка 845 °C, вода. Отпуск 480 °C, вода, σ0,2=900 МПа, σв=1150 МПа Закалка 845 °C, вода. Отпуск 590 °C, вода, σ0,2=810 МПа, σв=1010 МПа

 

Прокаливаемость стали 20Х (ГОСТ 4543-71)
Расстояние от торца, мм								Примечание
3	6	12	18	24	30	36	42		Закалка 845 °С
57,5	57,5	57	56	53,5	50,5	48	44,5		Твердость для полос прокаливаемости, HRC

Закалка 830 °С	Критическая твердость, HRCэ	Критический диаметр в масле
Отпуск 480 °C Отпуск 370 °C	32-40 38-47	50 50

 

 

Физические свойства стали 45ХН
T (Град)	E 10- 5 (МПа)	 10 6 (1/Град)	 (Вт/(м·град))	 (кг/м3)	C (Дж/(кг·град))	R 10 9 (Ом·м)
20				7820
100		11.8	45
200		12.3	43
300			41
400		13.4	40

Марка :	Р18К5Ф2
Классификация :	Сталь инструментальная быстрорежущая
Дополнение:	Сталь имеет пониженную склонность к перегреву при закалке, пониженную вязкость, повышенное сопротивление износу, хорошую шлифуемость Продукция, предлагаемая предприятиями-рекламодателями:   Нет данных.
Применение:	для черновых и получистовых инструментов при обработке высокопрочных, нержавеющих и жаропрочных сталей и сплавов.
Зарубежные аналоги:	Известны

Химический состав в % материала р18к5ф2

ГОСТ 19265 - 73

C	Si	Mn	Ni	S	P	Cr	Mo	W	V	Co	Cu
0.85 - 0.95	0.2 - 0.5	0.2 - 0.5	до   0.6	до   0.03	до   0.03	3.8 - 4.4	до   1	17 - 18.5	1.8 - 2.2	4.7 - 5.2	до   0.25

Температура критических точек материала р18к5ф2.

Ac1 = 830 ,       Ar1 = 750

 

Твердость   Р18К5Ф2   после отжига ,             ГОСТ 19265-73

HB 10 -1 = 285   МПа

Зарубежные аналоги материала р18к5ф2

Внимание!   Указаны как точные, так и ближайшие аналоги.

США	Германия	Япония	Франция	Англия	Евросоюз	Италия	Испания	Китай	Болгария	Чехия	Австрия
-	DIN,WNr	JIS	AFNOR	BS	EN	UNI	UNE	GB	BDS	CSN	ONORM T12004 T4
1.3255 HS18-1-2-5 S18-1-2-5	SKH3	18-05-04-01 Z80WKCV	BT4	HS18-1-1-5	HS18-1-1-5	HS18-1-1-5	W18Cr4VCo4	R18K5F2	19855	S305

Сталь 12х8вф ( старое название 1х8вф )

Химический состав в % материала C SI Mn S P Cr V W 0.08 - 0.15 до 0.6 до 0.5 до 0.025 до 0.03 7.8 - 8.5 0.3 - 0.5 0.6 - 1 Классификация Сталь жаропрочная высоколегированная Применение трубы печей, аппаратов и коммуникаций нефтезаводов, длительно работающие при температурах до 500 °С.; температура окалинообразования 650 °С.; сталь мартенситного класса Механические свойства при Т=20oС материала SB (Мпа) ST (Мпа) d5 (%) Y (%) KCU (КДЖ/м2) 400.0 170.0 22.0 50.0 1000.0 Твердость материала горячекатанного отожженного HB 10 -1 = 217 МПа

Механические свойства стали 17Х18Н9 ( стар. 2Х18Н9 )
ГОСТ	Состояние поставки, режим термообработки	Сечение, мм	σв(МПа)	δ5(δ4) (%)
ГОСТ 5949-75	Прутки. Закалка 1050-1100 °С, воздух, масло, вода.	60	570	40
ГОСТ 18907-73	Прутки шлифованные, обработанные на заданную прочность. Прутки нагартованные.	1-30 До 5 Св.5	590-880 930 880	20 - -
ГОСТ 7350-77 (Образцы поперечные) ГОСТ 5582-75 (Образцы поперечные)	Листы горячекатаные и холоднокатаные:   - закалка 1080-1120 °С, вода. - закалка 1050-1100 °С, вода, воздух. Лист нагартованный. Лист полунагартованный.	Св. 4 До 3,9	588 590 980-1220 730-980	35 35 13 18
ГОСТ 4986-79	Лента холоднокатанная:  - закалка 1050-1080 °С, вода, воздух.  - полунагартованная  - нагартованная  - высоконагартованная	До 0,2 0,2-2,0 До 0,2 0,2-2,0 До 0,2 0,2-2,0 До 0,2 0,2-2,0	580 580 800 800 1000 1000 1150 1150	(17) (34) (8) (15) (3) (5) (2) (3)
ГОСТ 18143-72	Проволока:  - термообработанная  - нагартованная	0,2-1,0	590-880 1080	20 -
ГОСТ 9940-81 ГОСТ 9941-81	Трубы бесшовные:  - горячедеформированные без термообработки   - холодно- и теплодеформированные, термообработанные	3,5-32 0,2-22	568 568	40 35

 

Механические свойства стали 17Х18Н9 ( стар. 2Х18Н9 ) при повышенных температурах
Температура испытаний, °С	σ0,2 (МПа)	σв(МПа)	δ5 (%)	ψ %
Закалка 1100 °С
20 600 700 800 900 1000	380 350 210 190 - -	830 560 410 255 150 47	45 33 33 34 45 53	51 55 52 64 81 86

 

Механические свойства стали 17Х18Н9 ( стар. 2Х18Н9 ) в зависимости от степени пластической деформации
Степень обжатия, %	σ0,2 (МПа)	σв(МПа)	δ5 (%)
0 10 20 30 40 50 60 70	500 750 900 1030 1140 1220 1280 1350	830 950 1050 1150 1230 1300 1350 1400	67 45 38 25 21 18 17 12

 

Ударная вязкость стали 17Х18Н9 ( стар. 2Х18Н9 ) KCU, (Дж/см2)
Т= +20 °С	Т= -40 °С	Т= -80 °С	Состояние поставки и термообработка
294 349 304	- 387 267	294 362 245	Закалка 1100 °С, вода. Закалка 1150 °С, вода. Закалка 1150 °С, вода, σв = 710 МПа, σ0,2 = 260 МПа.

 

Коррозионная стойкость стали 17Х18Н9 ( стар. 2Х18Н9 )
Среда	Температура, ºС	Глубина коррозии, мм/год
0,5-99 % раствор HNO3	20	0.1

 

Механические свойства стали 17Х18Н9 ( стар. 2Х18Н9 ) при Т=20^oС

Прокат

Размер

Напр.

σ_в(МПа)

_T (МПа)

δ₅ (%)

ψ %

KCU (кДж / м²)

Лист тонкий

 

 

590

 

35

 

 

Лист тонкий нагартован.

 

 

980-1230

 

13

 

 

Сорт

до 60

 

570

215

40

55

 

Лист толстый

 

 

590

265

35

 

 

Трубы холоднодеформир.

 

 

568

 

35

 

 

 

Закупаем: электроды (384750)  Начальная (максимальная) цена контракта: 841495315. 44  trade.su

Физические свойства стали 17Х18Н9 ( стар. 2Х18Н9 )

T (Град)

E 10^{- 5} (МПа)

 10 ⁶ (1/Град)

 (Вт/(м·град))

 (кг/м³)

C (Дж/(кг·град))

R 10 ⁹ (Ом·м)

20

1.99

 

18

7900

 

720

100

 

16

19

 

504

735

200

 

17

20

 

 

855

300

 

17.5

21

 

 

925

400

 

17.9

22

 

 

975

500

 

18.5

24

 

 

1031

600

 

18.6

25

 

 

1080

700

1.47

18.9

26

 

 

1115

800

 

19.1

27

 

 

1150

900

 

19.3

28

 

 

1185

1000

 

19.5

 

 

 

 

Марка :

БрОЦ4-3

Классификация :

Бронза оловянная, обрабатываемая давлением

Вы можете просмотреть свойства этого материала в   обновленном Марочнике стали и сплавов

Применение:

Ленты, полосы, прутки, применяемые в электротехнике, машиностроении; проволока для пружин, контактов штепсельных разъемов, деталей химической аппаратуры; проволока для ручной сварки в защитных газах меди, механизированной сварки под флюсом меди и латуни

Зарубежные аналоги:

Нет данных

Fe

Si

Ni

P

Al

Cu

Pb

Zn

Sb

Bi

Sn

Примесей

до   0.05

до   0.002

до   0.3

до   0.03

до   0.002

92.2 - 93.8

до   0.02

2.7 - 3.3

до   0.002

до   0.002

3.5 - 4

всего 0.2