Відтепер лише високоміцні і високоякісні матеріали можуть бути використані в будівництві. І саме для зміни природних властивостей металу застосовуються різні методики термічної обробки, такі, як відпал металу, які дозволяють значно підвищити його міцність і оброблюваність.
Що являє собою отжиг
Відпал - це один з методів термічної обробки металу та сталі. В його основі лежить нагрівання до дуже високої температури. Тобто метал нагрівається до потрібної температури в залежності від мети і методу, витримується в такому стані на якийсь час, а потім поступово охолоджується.
Відпал може проводитися в найрізноманітніших випадках. Для прикладу можна розглянути найосновніші. Зазвичай він проводиться в наступних цілях:
- для зменшення внутрішньої напруженості металу, який може виникнути в результаті кування, іншого впливу на нього, або обробки;
- для підвищення механічних властивостей і міцності металу;
- для додання однорідності його структурі;
- щоб поліпшити пластичність, що дуже важливо під час обробки;
- для підвищення рівня опірності і ударної в'язкості і ін.
види особливості
Залежно від мети і призначення отжиг може мати такі різновиди:
- повний і неповний;
- рекрісталлізаціонний;
- дифузний;
- ізотермічний;
- сфероідізація;
- нормалізація і ін.
Більш докладно розглянемо деякі з них.
Технологія повного відпалу
Повний відпал проводиться з метою подрібнення зерна і поліпшення якості обробки з використанням ріжучого інструменту, а також для усунення внутрішньої напруженості. Йому піддаються вироби, виготовлені з доевтектоїдної сплаву або сталі, в складі якої міститься карбон в кількості, що не перевищує 0, 8%. До таких виробів відносяться ковані і литі деталі.
Що стосується технології: виріб піддається нагріву, який досягає критичної точки, що дорівнює приблизно 20-50 градусів, має умовне позначення А3. Потім витримують в цьому стані стільки, скільки необхідно, і повільно охолоджують. Температура нагріву визначається в залежності від типу стали по діаграмі стану. Для кожного типу стали існують певні значення температур, при яких досягається необхідна ступінь нагріву. Ці значення можна знайти в довідкових таблицях.
Час охолодження також продиктовано структурою і складом стали, наприклад, вироби з вуглецевої сталі охолоджують на 180-200 градусів на годину, низьколеговані сталеві деталі охолоджуються на 90 градусів на годину, високолеговану сталь, якщо вона піддається повному відпалу, охолоджують ще повільніше - 50 градусів в година. Оскільки вироби з високолегованої сталі часто піддають іншого типу термічної обробки, ізотермічного, проте бувають і винятки.
Внаслідок повного відпалу неоднорідна структура вуглецевої і доевтектоїдної стали, що складається з великих і дрібних зерен і часто не задовольняє за своїми механічними властивостями, стає однорідною і податливою для обробки. Саме з цією метою і проводиться повний відпал.
Особливості та мета неповного відпалу
Якщо повний отжиг призначається для виробів, що не відповідають жодним вимогам, то неповний проводиться на тих же об'єктах з більш-менш задовільними механічними властивостями. Тобто в результаті неповної термічної обробки зміниться лише перлітова структура металу, а ферритовая залишиться незмінною. «Перліт» в перекладі з французької означає «перлина», він входить до складу структури стали, чавуну та інших залізовуглецевих сплавів. Перліт складається з фериту і цементиту, що утворюють евтектоїдних суміш. Іншими словами, основна мета - зробити сталь м'якою і пластичною, наскільки це можливо.
Технологічно процес неповного відпалу відрізняється ступенем нагрівання, в даному випадку він досягає критичної точки на 30-50 градусів вище до А1. Температура нагріву досягає 770 градусів, поступове охолодження відбувається зі швидкістю 60 градусів на годину: спочатку в печі до 600 градусів, а потім на відкритому повітрі.
Така термообробка також застосовується для заевтектоідной і легованої сталі. Вона нагрівається до критичної точки АС1, що перевищує на 10-30 градусів. В результаті такого нагрівання відбувається перекристалізація сплаву, яка, в свою чергу, сприяє утворенню сферичної форми перліту. Цей процес ще називається сфероідізаціей.
Рекристалізація і дифузія
- Відпал рекристалізації проводиться з метою відновлення кристалічної решітки, порушеною в результаті деформації стали. Деформація призводить до наклепу, який супроводжується зниженням пластичності, сталь стає дуже жорсткою, що робить її обробку неможливою. Деформована сталь нагрівається до 650-680 градусів, внаслідок чого ферритові і перлітові зерна, що знаходяться у витягнутому в сторону деформації стані, розподіляються рівномірно, відновлюючи кристалічну решітку і повертаючи стали пластичність і м'якість.
- Дифузійний відпал проводиться з метою вирівнювання структурної однорідності на хімічному рівні, тобто на атомному. Така необхідність може виникнути під час затвердіння литих злитків, інакше цей ефект називається дендритних ліквацією. Гомогенізація, або дифузний відпал, дозволяє ліквідувати дендритну ликвацию за допомогою переміщення атомів домішок з частини з високим скупченням в частину, де спостерігається їх нестача, таким чином вирівнюючи хімічну структуру.
Щоб цей процес протікав успішно, нагрів проводиться при дуже високих температурах, з більш тривалою витримкою і з повільним охолодженням, на відміну від видів, розглянутих вище. Тобто це температури, що перевищують 1000 градусів, тривалість витримки становить більше 12 годин.
Призначення ізотермічного відпалу і нормалізації
Ізотермічний відпал застосовується для високолегованих і високохромистих сталей. Його особливість полягає в нагріванні металу на 30-50 градусів вище критичної точки АС3 і в прискореному охолодженні до температури витримки нижче критичної точки А1, а потім в природному охолодженні на відкритому повітрі.
Даний вид дає кілька видимих переваг, перше з яких полягає в часі, тобто весь процес - починаючи від нагрівання, витримки та до охолодження - займає набагато менше часу, ніж етап охолодження деталі разом з піччю. Друга перевага полягає в тому, що при ізотермічної витримки і різкому охолодженні досягається більш згладжена і однорідна структура по перетину деталі.
- Нормалізація. Процес нормалізації здійснюється як проміжний перед обробкою і загартуванням з метою усунення наклепу і внутрішньої напруги. Доевтектоїдних сталь піддається нагріву до критичної точки АС3 на 30-50 градусів вище, поступово охолоджується на відкритому повітрі. Причому на відміну від відпалу при нормалізації відбувається переохолодження, за рахунок чого і досягається більш однорідна тонка і дрібнозернистий структура.
- Наслідки нормалізації. Значно підвищується міцність і ударна в'язкість стали. Нормалізація протікає набагато швидше, ніж отжиг, а її продуктивність набагато вище. Тому рекомендується нормалізувати стали, містять в своєму складі вуглець, а не піддавати відпалу.