2. Отжиг

Отжиг первого рода способствует устранению отклонений в структуре сплавов от равновесного состояния, возникших при литье, деформировании, механической обработке, сварке и других технологических процессах. Различают следующие основные виды отжига первого рода: диффузионный, рекристаллизационный, низкий.

Диффузионный или гомогенизирующий отжиг применяется для устранения ликвации, т.е. неоднородности химического состава внутри отдельных зерен или в объеме сплава, возникающей чаще всего в процессе кристаллизации. Он состоит из нагрева стали до температур, значительно превышающих критические (1050...1200 °С) и обеспечивающих диффузию неравномерно распределенных элементов, а также длительной выдержки (10...100 ч) и медленного охлаждения (с выключенной печью).

Для устранения различных отклонений в структуре сплавов от равно­весного состояния, возникших в результате наклепа при пластической де­формации, применяется рекристаллизационный отжиг. Он включает нагрев металла до температур, превышающих температуру рекристаллизации (для стали T_рекр = 0,3...0,4 Т_пл), выдержку (1...2 ч), медленное охлаждение и подробно рассмотрен в работе 3.

Низкий отжиг применяется для устранения остаточных внутренних напряжений, возникающих, например, в зоне термического влияния при сварке изделий, вследствие неравномерного охлаждения отливок или срезания отдельных объемов металла при механической обработке и нарушения установившихся напряжений между отдельными частями детали. Он включает нагрев металла до температур 150... 700 °С, выдержку и последующее медленное охлаждение.

Отжиг второго рода (фазовая перекристаллизация) – термическая обработка, включающая нагрев стали до температур, превы­шающих Ac₁ или Ас₃, выдержку и медленное охлаждение и имеющая целью обеспечение фазовых превращений и достижение практически равновесных (в соответствии с диаграммой состояния системы Fe-Fe₃C) фазового и структурного состояний. После отжига структура сталей такова: доэвтектоидных – Ф + П; эвтектоидной – П; заэвтектоидных – П + Цц. Поскольку такой отжиг обеспечивает минимальную твердость и наилучшую обрабатываемость стали резанием, как правило, он является подготовительной термической обработкой перед обработкой резанием. Однако в некоторых случаях (например, для крупных отливок) он может быть и окончательным видом обработки. Различают следующие основные виды отжига второго рода: полный, неполный, нормализационный, изотермический.

При полном отжиге сталь нагревают до температуры, на 30...50 °С превышающей Ас₃, выдерживают при этой температуре, медленно охлаждают до 500...600 °С вместе с печью, а затем на воздухе. Полный отжиг обеспечивает полную фазовую перекристаллизацию и применяется обычно для доэвтектоидных сталей.

При неполном отжиге температура нагрева стали на 30...50 °С выше Ас), но не превышает Ас₃ или Ас_ст. После выдержки сталь медленно охлаж­дают с печью. При нагреве происходит частичная (неполная) перекристаллизация стали (в структуре Ф + П или П + Ц_II только перлит превращается в аустенит). Неполный отжиг, проводимый обычно для заэвтектоидных сталей, называют сфероидизацией. Он позволяет получать сталь со структурой зернистого перлита. Такая сталь имеет более низкую твердость, большую пластичность и лучшую обрабатываемость резанием, чем сталь с пластинчатым перлитом.

Температурные области нагрева углеродистых сталей для различных видов отжига представлены на рис. 1.

Рис. 1. Температурные области нагрева углеродистых сталей для различных видов отжига