Отжиг второго рода
36. Отжиг II-го рода. Отжиг и нормализация сталей; режимы и назначение отжига и нормализации. Материаловедение. Шпаргалка
36. Отжиг II-го рода. Отжиг и нормализация сталей; режимы и назначение отжига и нормализации. Материаловедение. ШпаргалкаВикиЧтение
Материаловедение. Шпаргалка
Буслаева Елена Михайловна
Содержание
36. Отжиг II-го рода. Отжиг и нормализация сталей; режимы и назначение отжига и нормализации
Отжигом называют нагревание и медленное охлаждение стали. Отжиг второго рода – изменение структуры сплава с целью получения равновесных структур; к отжигу второго рода относится полный, неполный и изотермический отжиги.
Перекристаллизационный отжиг основан на фазовой перекристаллизации, т. е. является отжигом II рода. Основное его назначение – полное изменение фазового состава. Температура нагрева и время выдержки должны обеспечить нужные структурные превращения, скорость охлаждения выбирают такой, чтобы успели произойти обратные диффузионные фазовые превращения.
После отжига получают однородную мелкозернистую структуру, твердость понижается, пластичность повышается и отжиг II рода применяют в качестве предварительной термической обработки и перед обработкой стальных деталей на металлорежущих станках.
В зависимости от температуры нагрева различают полный и неполный отжиг.
Полный отжиг применяют для доэвтектоидной стали. Изделия нагревают, чтобы обеспечить полную перекристаллизацию – превращение исходной ферритно-перлитной структуры в аустенит. Назначение его – улучшение структуры стали для облегчения последующей обработки резанием, штамповкой или закалкой, а также получение мелкозернистой равновесной перлитной структуры в готовой детали.
Неполный отжиг связан с фазовой перекристаллизацией, он применяется после горячей обработки давлением, когда у заготовки мелкозернистая структура.
После охлаждения получится грубая структура, состоящая из крупных зерен феррита и перлита. Сталь обладает пониженной пластичностью.
Получению зернистого цементита способствует предшествующая отжигу горячая пластическая деформация, при которой цементитная сетка дробится. Сталь с зернистым цементитом лучше обрабатывается режущим инструментом и приобретает хорошую структуру после закалки.
С целью экономии времени проводят изотермический отжиг. При изотермическом отжиге в процессе выдержки происходит выравнивание температуры по сечению изделия. Это способствует получению более однородной структуры и однородных свойств. Легированные стали подвергают такому отжигу. При отжиге легированных сталей увеличивается не только продолжительность нагрева и выдержки, но и продолжительность охлаждения. Высоколегированные стали охлаждают с малой скоростью вследствие большей устойчивости легированного аустенита. Их твердость остается после отжига высокой, что ухудшает обрабатываемость режущим инструментом.
Нормализацией называют термическую обработку стали, при которой изделие нагревают до аустенитного состояния и охлаждают на спокойном воздухе.
Отличие нормализации от полного отжига для доэвтектоидных сталей заключается только в скорости охлаждения. В результате нормализации получается более тонкое строение эвтектоида, уменьшаются внутренние напряжения, устраняются пороки, возникшие в процессе предшествующих обработок изделий. Твердость и прочность выше, чем после отжига. Нормализацию применяют как промежуточную операцию, улучшающую структуру. Особенностями режима этого вида термообработки являются температура нагрева и охлаждение на спокойном воздухе. Эти особенности обусловлены специфическими целями нормализации. Применительно к доэвтектоидным сталям, особенно низкоуглеродистым, нормализация за более короткое время и при большей простоте режима охлаждения позволяет получить те же результаты, что и при отжиге.
Охлаждение на воздухе обеспечивает высокую степень переохлаждения аустенита, чем при отжиге, продукты его распада оказываются более дисперсными, а плотность генерируемых дислокаций приближается к 108 см2, вследствие этого нормализацией можно получить более благоприятную мелкозернистую структуру стали, обладающую повышенными прочностными свойствами.
В ряде случаев, когда от материала изделия не требуется повышенных прочностных свойств, нормализация заменяет закалку. Особенно это касается деталей из низкоуглеродистой стали, для которых применение закалки исключается из-за очень высокой критической скорости закалки. При нормализации заэвтектоидных сталей из-за ускоренного выделения из аустенита избыточного (вторичного) цементита нежелательная цементитная сетка вокруг перлитных зерен не образуется. В связи с этим одной из целей нормализации является разрушение упомянутой сетки у заэвтектоидных сталей.
Рекристаллизационный отжиг (рекристаллизация) стали происходит при температурах 500–550 °C; отжиг для снятия внутренних напряжений – при температурах 600–700°. Эти виды отжига снимают внутренние напряжения в отливках от неравномерного охлаждения их частей и в заготовках, обработанных давлением при температурах ниже критических.
Диффузионный отжиг применяется в случаях, когда в стали наблюдается внутрикристаллическая ликвация.
Выравнивание состава в зернах аустенита достигается диффузией углерода и других примесей в твердом состоянии, наряду с самодиффузией железа. В результате сталь становится однородной по составу (гомогенной), поэтому диффузионный отжиг называют также гомогенизацией.
Температура гомогенизации должна быть достаточно высокой, но нельзя допускать пережога зерен.
Данный текст является ознакомительным фрагментом.
3.2.2. Режимы, пользовательские настройки и временные режимы
3.2.2. Режимы, пользовательские настройки и временные режимы Возможности установки пользовательских настроек являются одним из примеров режимов и представляют собой большой источник расстройств для пользователя. Как ни странно, но такие возможности обычно подаются как
3.
2.3. Режимы и квазирежимы 3.2.3. Режимы и квазирежимы Использование клавиши «Caps Lock» для для набора заглавных букв существенно отличается от удерживания клавиши «Shift» для той же цели. Первый случай устанавливает режим, второй – нет. Ряд экспериментов, проведенных в университете г. Торонто,
4.8. Электронный отжиг кремниевых пластин
4.8. Электронный отжиг кремниевых пластин Тем временем для установки электронного отжига было, наконец, выделено оборудование и соответствующее помещение. Приходилось сомневаться в успехе: до планового срока окончания работы оставалось чуть больше трех месяцев (из
4. Виды и разновидности термической обработки: отжиг, закалка, отпуск, нормализация
4. Виды и разновидности термической обработки: отжиг, закалка, отпуск, нормализация Термическую обработку металлов и сплавов, а также изделий из них применяют для того, чтобы вызвать необратимое изменение свойств вследствие необратимого изменения структуры.
Термическая
ЛЕКЦИЯ № 9. Классификация сталей и их назначение
ЛЕКЦИЯ № 9. Классификация сталей и их назначение 1. Углеродистые и легированные конструкционные стали: назначение, термическая обработка, свойства Из углеродистых качественных конструкционных сталей производят прокат, поковки, калиброванную сталь, сталь—серебрянку,
§ 4.18 Фазовые переходы 1-го и 2-го рода
§ 4.18 Фазовые переходы 1-го и 2-го рода Я полагаю, что следует ввести в физику понятия симметрии, столь привычные для кристаллографов. П. Кюри, "О симметрии физических явлений", 1894 г. Эти исследования, если бы они были продолжены П. Кюри, могли бы, вероятно, иметь для развития
Режимы работы
Режимы работы В устройстве можно выделить четыре режима работы:• заряд ТА;• режим хранения;• разряд ТА – подогрев двигателя;• обогрев салона.
Заряд ТА. Очевидно, что перед использованием устройства для подогрева двигателя его ТА должен быть заполнен горячей
4.6. Снятие бляшки, отжиг и отбеливание
4.6. Снятие бляшки, отжиг и отбеливание Подогрейте пластину паяльной лампой или электрорефлектором и снимите со смоляной подложки. Затем отожгите металл – он станет вновь пластичным, но на нем останется окалина, которую нужно снять отбеливанием. Как это делается, вы уже
7. Фазовые переходы I и II рода
7. Фазовые переходы I и II рода Компоненты в жидком состоянии (компоненты А) растворимы неограниченно, компоненты в твердом состоянии (компоненты В) не образуют химических соединений и нерастворимы.Диаграммы состояния представляют график в координатах сплава –
32. Отжиг 1-го рода. Неравновесная кристаллизация
32.
Отжиг 1-го рода. Неравновесная кристаллизация Этот вид термической обработки возможен для любых металлов и сплавов. Его проведение не обусловлено фазовыми превращениями в твердом состоянии. Нагрев при отжиге 1 рода, повышая подвижность атомов, частично или полностью
33. Гомогенизационный отжиг, изменение структуры и свойств при гомогенизационном отжиге. Закалка с полиморфным превращением. Закалка без полиморфного превращения
33. Гомогенизационный отжиг, изменение структуры и свойств при гомогенизационном отжиге. Закалка с полиморфным превращением. Закалка без полиморфного превращения Отжиг – операции нагрева и медленного охлаждения стали с целью выравнивания химического состава,
35. Возврат, первичная и собирательная рекристаллизация. Рекристаллизационный отжиг
35. Возврат, первичная и собирательная рекристаллизация.
Рекристаллизационный отжиг Около 10–15 % всей энергии, затраченной на пластическую деформацию, поглощается металлом и накапливается в нем в виде повышенной потенциальной энергии смещенных атомов, напряжений.
40. Классификация и маркировка легированных сталей. Влияние легирующих элементов на превращения, микроструктуру и свойства стали; принципы разработки легированных сталей
40. Классификация и маркировка легированных сталей. Влияние легирующих элементов на превращения, микроструктуру и свойства стали; принципы разработки легированных сталей Легированная сталь – это сталь, которая содержит кроме углерода и обычных примесей, другие
Отжиг II рода
ЛЕКЦИЯ 10
ОСНОВНЫЕ ВИДЫ ТЕРМИЧЕСКОЙ ОБРАБОТКИ
К основным видам термической обработки относятся:
-
Отжиг
-
Нормализация
-
Закалка
-
Отпуск
Рассмотрим каждый вид термической обработки, классификацию, режимы и назначение.
ОТЖИГ
Отжигом называется термическая обработка, при которой производится нагрев до определенной температуры с последующей выдержкой и медленным охлаждением вместе с печью.
Назначение отжига получение однородной, равновесной структуры, свободной от остаточных напряжений.
На практике используют два принципиально различных вида отжига: отжиг I рода и отжиг II рода.
Отжиг I рода.
Особенностью всех разновидностей отжига I рода является то, что все они не связаны с фазовыми превращениями в твердом состоянии стали и протекают независимо от того, идут при этом фазовые превращения или нет.
Отжиг I рода включает:
1. Диффузионный отжиг применяют для устранения химической неоднородности, возникающей при кристаллизации металла.
Этому отжигу подвергают слитки и отливки из легированной стали для устранения ликвации, которая повышает склонность стали при обработке давлением к трещинообразованию.
Нагрев при диффузионном отжиге проводят до максимально высоких температур, так как при этом наиболее интенсивно происходят диффузионные процессы, необходимые для выравнивания в отдельных объемах состава стали. Обычно для легированных сталей температуру диффузионного отжига выбирают в интервале 1050 ‑ 1250 °С.
2. Рекристаллизационный отжиг заключается в нагреве деформированной стали выше температуры начала рекристаллизации, выдержке при этой температуре и последующем медленном охлаждении.
Рекристаллизационный отжиг применяют для устранения наклепа после холодной пластической деформации. При проведении этого отжига главным процессом является рекристаллизация металла.
Рекристаллизационный отжиг используют в промышленности как промежуточный процесс между операциями холодного деформирования (для снятия наклепа).
3. Низкий отжиг для снятия внутренних напряжений проводят с целью уменьшения остаточных напряжений, образовавшихся в металле при ковке, литье, сварке и способных вызвать коробление и разрушение детали. Главным процессом, проходящим при отжиге для снятия внутренних напряжений, является полная или частичная релаксация остаточных напряжений.
На практике отжиг стальных изделий для снятия напряжений проводят в температурном интервале 200 – 700 °С с последующим медленным охлаждением.
Отжиг II рода - термическая обработка, заключающаяся в нагреве стали до температур выше критических точек Ас1 или Ас3, выдержке и, как правило, в последующем медленном охлаждении. Отжиг II рода основан на прохождении фазовых превращений в твердом состоянии - превращении γ → α - и поэтому часто называется фазовой перекристаллизацией. При фазовой перекристаллизации измельчается зерно и устраняются неблагоприятные структуры стали.
В большинстве случаев отжиг II рода является подготовительной термической обработкой - в процессе отжига снижается твердость и прочность, что облегчает обработку резанием средне- и высокоуглеродистых сталей. Неполный отжиг инструментальных сталей предшествует окончательной термической обработке.
Существуют следующие виды отжига II рода:
1. Полный отжиг применяется для доэвтектоидных сталей и состоит в нагреве стали на 30 – 50 °С выше точки Ас3, выдержке при этой температуре до полной перекристаллизации металла и медленном охлаждении. При таком отжиге образуется мелкое аустенитное зерно, из которого при охлаждении формируется равномерная мелкозернистая феррито-перлитная структура.
2. Неполный отжиг широко применяется для заэвтектоидных углеродистых и легированных сталей.
При неполном отжиге проводится нагрев до температур немного выше (на 10 – 30 °С) точки А1, что приводит к практически полной перекристаллизации стали и получению зернистой формы перлита вместо обычной пластинчатой.
Отжигу на зернистый перлит подвергают также тонкие листы и прутки из низко- и среднеуглеродистой стали перед холодной штамповкой или волочением для повышения пластичности.
После отжига на зернистый перлит эвтектоидные и заэвтектоидные стали обладают наилучшей обрабатываемостью резанием.
Нормализация
При нормализации сталь нагревают до температуры на 30 – 50 °С выше линии GSE и охлаждают на воздухе.
Ускоренное по сравнению с обычным отжигом охлаждение обусловливает несколько большее переохлаждение аустенита. Поэтому при нормализации получается более тонкое строение перлита и более мелкое зерно. В результате прочность стали после нормализации становится больше прочности после отжига.
Нормализацию применяют чаще всего в следующих случаях: как промежуточную операцию для смягчения стали перед обработкой резанием и общего улучшения структуры стали перед закалкой.
Нормализацию используют и как окончательную термическую обработку средне- и высокоуглеродистых доэвтектоидных сталей, если требования к свойствам этих сталей умеренные и для них не обязательна закалка с высоким отпуском.
Закалка
Закалка стали состоит в нагреве ее выше температур фазовых превращений, выдержке для завершения всех превращений и охлаждении с высокой скоростью в закалочной среде с целью получения структуры мартенсита, обеспечивающего более высокую прочность и твердость стали.
В качестве закалочных сред используют жидкости разной плотности (вода, масло).
В зависимости от температуры нагрева различают:
1. Полная закалка - нагрев на 30 – 50 °С выше Ас3, выдержка, охлаждение в закалочной среде.
Полная закалка используется для доэвтектоидных сталей.
После полной закалки получается мартенситная структура.
2. Неполная закалка - нагрев на 30 – 50 °С выше Ас1, выдержка, охлаждение в закалочной среде. Неполная закалка используется для заэвтектоидных сталей.
После неполной закалки образуется структура мартенсит и цементит вторичный.
Заэвтектоидные стали обычно используют для изготовления инструмента. Важнейшим требованием, предъявляемым к инструментальным сталям, является твердость. Включения цементита после закалки не только не уменьшают, но даже увеличивают твердость, а следовательно, и износостойкость стали.
Таким образом, для доэвтектоидных сталей рационально применять полную закалку, для заэвтектоидных - неполную (рис.10.2).
Рис.
10.2. Оптимальные температуры нагрева под закалку
углеродистых сталей
Что такое отжиг? Полное руководство по процессу
Отжиг — это процесс термической обработки, который изменяет физические, а иногда и химические свойства материала для повышения пластичности и снижения твердости, чтобы сделать его более пригодным для обработки.
Процесс отжига требует, чтобы материал был выше температуры рекристаллизации в течение заданного периода времени перед охлаждением. Скорость охлаждения зависит от типов отжигаемых металлов. Например, черные металлы, такие как сталь, обычно оставляют охлаждаться до комнатной температуры на неподвижном воздухе, тогда как медь, серебро и латунь можно либо медленно охлаждать на воздухе, либо быстро закаливать в воде.
В процессе нагрева атомы в кристаллической решетке мигрируют, количество дислокаций уменьшается, что приводит к изменению пластичности и твердости. Термообработанный материал рекристаллизуется при охлаждении.
Размер кристаллического зерна и фазовый состав зависят от скоростей нагрева и охлаждения, которые, в свою очередь, определяют свойства материала.
Горячая или холодная обработка кусков металла после отжига еще раз изменяет структуру материала, поэтому для достижения желаемых свойств может потребоваться дополнительная термическая обработка.
Однако при знании состава материала и фазовой диаграммы термическая обработка может размягчить металлы и подготовить их к дальнейшей обработке, такой как формование, штамповка и штамповка, а также предотвратить хрупкое разрушение.
Печь для отжига работает, нагревая материал выше температуры рекристаллизации, а затем охлаждая материал после того, как он выдержан при желаемой температуре в течение подходящего периода времени. Материал рекристаллизуется по мере охлаждения после того, как процесс нагрева вызвал движение атомов для перераспределения и устранения дислокаций в заготовке.
Отжиг в три этапа – этап восстановления, этап рекристаллизации и этап роста зерна. Они работают следующим образом:
1. Стадия восстановления
На этой стадии используется печь или другое нагревательное устройство для повышения температуры материала до уровня, при котором внутренние напряжения снимаются.
2. Стадия рекристаллизации
Нагрев материала выше температуры рекристаллизации, но ниже температуры плавления приводит к образованию новых зерен без каких-либо остаточных напряжений.
3. Стадия роста зерна
Охлаждение материала с определенной скоростью приводит к развитию новых зерен. После чего материал станет более работоспособным. Последующие операции по изменению механических свойств могут быть выполнены после отжига.
Отжиг используется для устранения последствий деформационного упрочнения, которое может произойти во время таких процессов, как гибка, холодное формование или волочение. Если материал станет слишком твердым, это может сделать работу невозможной или привести к растрескиванию.
При нагревании материала выше температуры рекристаллизации он становится более пластичным и, следовательно, снова готов к обработке. Отжиг также снимает напряжения, которые могут возникнуть при затвердевании сварных швов. Горячекатаную сталь также формуют и формуют путем ее нагрева выше температуры рекристаллизации. Хотя отжиг стали и легированной стали является обычным явлением, этот процесс также может принести пользу другим металлам, таким как алюминий, латунь и медь.
Производители металлов используют отжиг для создания сложных деталей, сохраняя работоспособность материала, возвращая его в исходное состояние. Этот процесс важен для поддержания пластичности и снижения твердости после холодной обработки. Кроме того, некоторые металлы отжигают для увеличения их электропроводности.
Отжиг может проводиться со сплавами, при этом частичный или полный отжиг являются единственными методами, используемыми для нетермообрабатываемых сплавов. Исключение составляют сплавы серии 5000, которые можно подвергать низкотемпературной стабилизации.
Сплавы отжигают при температуре от 300 до 410°С, в зависимости от сплава, со временем нагрева от 0,5 до 3 часов, в зависимости от размера заготовки и типа сплава. Сплавы необходимо охлаждать со скоростью не более 20°С в час, пока температура не упадет до 29°С.0°С, после чего скорость охлаждения не имеет значения.
Основные преимущества отжига заключаются в том, как этот процесс улучшает обрабатываемость материала, повышает ударную вязкость, снижает твердость и повышает пластичность и обрабатываемость металла.
Процесс нагрева и охлаждения также снижает хрупкость металлов, улучшая их магнитные свойства и электропроводность.
Основным недостатком отжига является то, что он может занимать много времени, в зависимости от того, какие материалы отжигаются. Для достаточного охлаждения материалов, требующих высоких температур, может потребоваться много времени, особенно если они оставляются для естественного охлаждения в печи для отжига.
Отжиг используется в различных отраслях промышленности, где металлы необходимо обрабатывать в сложные структуры или обрабатывать несколько раз.
Отжиг насчитывает сотни лет, о чем свидетельствует само слово, происходящее от среднеанглийского «anelen», что означает поджигать или разжигать, а также выпекать и закалять.
На среднеанглийском языке говорили и писали в Англии с 1150 по 1500 год, и он является потомком древнеанглийского. пластины bras pannes или cawdruns и anele кромки в þe fire rede hoot ' («Возьмите пластины медных сковородок или котлов и обожгите их в огне, раскаленном докрасна»).
Хотя мы точно не знаем, кто открыл отжиг, этимология показывает, что он применялся на практике по крайней мере 900 лет назад.
В чем разница: отпуск и отжиг?
Закалка и отжиг являются методами термической обработки металла. Целью термической обработки является преднамеренное изменение физических (и химических) свойств металла, чтобы подготовить его к производству. Термическая обработка может повлиять на многие свойства металлического изделия, включая прочность, твердость, формуемость, пластичность, ковкость и обрабатываемость.
Как правило, на термическую обработку металла влияют три переменные:
- Температура, до которой производители нагревают металл
- Как долго он остается при этой температуре
- Способ или скорость охлаждения
В зависимости от типа металла, который проходит эту термическую обработку, и того, что ищет клиент, эти переменные будут различаться. Но эффективная термообработка требует точного контроля над всеми тремя факторами.
Хотя существует множество методов термообработки металла, сегодня мы рассмотрим только два из них: отжиг и отпуск.
Процесс отжига
Как работает отжиг?
В процессе отжига производители нагревают материал до идеальной температуры, а затем выдерживают его при этой температуре в течение определенного времени. Скорость охлаждения при отжиге также имеет тенденцию быть чрезвычайно низкой. Скажем, вы готовили что-то в духовке, и время ушло. Если бы вместо того, чтобы удалять его, вы позволили ему остыть внутри печи, это было бы похоже на предпосылку для отжига.
Основная причина, по которой производители отжигают материал, заключается в снижении его твердости для более плавного процесса обработки. Кроме того, производители могут потребовать, чтобы металл имел более высокий показатель электропроводности, что также может быть достигнуто путем отжига.
Три этапа отжига
Процесс отжига включает три отдельных этапа:
- Восстановление
- Перекристаллизация
- Рост зерна
Давайте подробнее рассмотрим, что происходит на каждом этапе.
Этап отжига 1: восстановление
Первым этапом процесса отжига является восстановление. Во время восстановления производители полностью нагревают металл. Чаще всего для этого типа обработки металла используют печь. Это может быть газовая, электрическая или индукционная печь, но цель этапа восстановления — нагреть металл до температуры, при которой металл может расслабиться и стать ковким.
Стадия отжига 2: рекристаллизация
Различия между отпуском и отжигом стали начинаются на этом этапе процесса.
Во время перекристаллизации производители снова нагревают до критической температуры. Целью является температура, превышающая температуру рекристаллизации металла, но не превышающая температуру его плавления.
Когда материал удерживается в этой зоне наилучшего восприятия, во внутренней структуре металла начинают развиваться новые зерна без образования ранее существовавших напряжений.
Стадия отжига 3: рост зерна
Третий этап процесса отжига — рост зерна. На этом заключительном этапе зерна второго этапа могут полностью развиться. Контролируя процесс охлаждения и поддерживая определенную скорость, рост зерна дает более пластичный и менее твердый материал.
Процесс закалки
Как работает закалка?
Отпуск — это термическая обработка, повышающая ударную вязкость твердых и хрупких сталей, чтобы они могли выдерживать обработку. Для отпуска требуется, чтобы металл достиг температуры ниже так называемой нижней критической температуры — в зависимости от сплава эта температура может варьироваться от 400 до 1300°F.
