Як розрізнити загартування, відпуск, нормалізацію, відпал

Загартування сталі полягає в нагріванні сталі до температури вище критичної температури Ас3 (доевтектоїдна сталь) або Ас1 (доевтектоїдна сталь), витриманні протягом певного періоду часу, щоб зробити її повністю або частково аустенітизованою, а потім охолодженні сталі до швидкість, що перевищує критичну швидкість охолодження.Швидке охолодження до рівня нижче Ms (або ізотермічне близько Ms) є процесом термічної обробки для перетворення мартенситу (або бейніту).Зазвичай обробка розчином алюмінієвого сплаву, мідного сплаву, титанового сплаву, загартованого скла та інших матеріалів або процес термічної обробки з швидким процесом охолодження називається загартуванням.

1) Поліпшення механічних властивостей металевих матеріалів або деталей.Наприклад: підвищення твердості та зносостійкості інструментів, підшипників тощо, покращення межі пружності пружин та покращення комплексних механічних властивостей деталей вала.

2) Поліпшити властивості матеріалу або хімічні властивості деяких спеціальних сталей.Наприклад, покращення корозійної стійкості нержавіючої сталі та збільшення постійного магнетизму магнітної сталі.

При гарту та охолодженні, крім розумного вибору середовища гарту, повинен бути правильний метод гарту.Зазвичай використовувані методи загартування включають загартування однією рідиною, загартування двома рідинами, градуйоване загартування, відпуск і часткове загартування.
Сталева заготовка після загартування має такі характеристики:

① Отримують незбалансовані (тобто нестабільні) структури, такі як мартенсит, бейніт і залишковий аустеніт.

② Існує велика внутрішня напруга.

③ Механічні властивості не відповідають вимогам.Тому сталеві заготовки після загартування зазвичай відпускають

Гартування – це процес термічної обробки, при якому загартований металевий матеріал або деталь нагрівають до певної температури, витримують певний період часу, а потім певним чином охолоджують.Відпуск – це операція, яка виконується відразу після загартування, і зазвичай є останньою частиною термічної обробки заготовки.Процес, тому комбінований процес загартування та відпустки називається остаточною обробкою.Основною метою загартування і відпустки є:

1) Зменшити внутрішню напругу та зменшити крихкість.Загартовані деталі мають велику напругу і крихкість.Якщо їх вчасно не загартувати, вони будуть схильні деформуватися або навіть тріскатися.

2) Відрегулюйте механічні властивості заготовки.Після гарту заготовка має високу твердість і високу крихкість.Щоб задовольнити різні вимоги до продуктивності різних заготовок, його можна регулювати загартуванням, твердістю, міцністю, пластичністю та міцністю.

3) Стабілізуйте розмір заготовки.Металографічну структуру можна стабілізувати шляхом загартування, щоб гарантувати відсутність деформації в майбутньому процесі використання.

4) Поліпшення продуктивності різання певних легованих сталей.
Ефект від загартування полягає в:

① Підвищити стабільність організації, щоб структура заготовки більше не змінювалася під час використання, щоб геометричний розмір і продуктивність заготовки залишалися стабільними.

② Усуньте внутрішню напругу, щоб покращити продуктивність заготовки та стабілізувати геометричний розмір заготовки.

③ Налаштуйте механічні властивості сталі відповідно до вимог використання.

Причина, чому відпустка має такі ефекти, полягає в тому, що коли температура підвищується, атомна активність зростає, і атоми заліза, вуглецю та інших легуючих елементів у сталі можуть дифундувати швидше, щоб реалізувати перегрупування та комбінацію атомів, що робить її нестабільною. Незбалансована організація поступово трансформується в стабільну, збалансовану організацію.Усунення внутрішньої напруги також пов’язане зі зниженням міцності металу при підвищенні температури.При відпустці звичайної сталі твердість і міцність знижуються, а пластичність підвищується.Чим вища температура відпустки, тим більше змінюються ці механічні властивості.Деякі леговані сталі з більш високим вмістом легуючих елементів будуть виділяти деякі дрібні частинки металевих сполук під час відпустки в певному діапазоні температур, що підвищить міцність і твердість.Це явище називається вторинним затвердінням.
Вимоги до загартування: заготовки різного призначення слід загартувати при різних температурах, щоб відповідати вимогам використання.

① Інструменти, підшипники, науглерожені та загартовані деталі, а також поверхнево загартовані деталі зазвичай загартовуються при низькій температурі нижче 250°C.Твердість мало змінюється після низькотемпературного відпустки, внутрішня напруга зменшується, а в’язкість трохи покращується.

② Пружина загартована при середній температурі 350 ~ 500 ℃ для отримання більшої еластичності та необхідної міцності.

③ Деталі, виготовлені з конструкційної сталі із середнім вмістом вуглецю, зазвичай гартують при високій температурі при 500 ~ 600 ℃, щоб отримати відповідну міцність і в’язкість.

Коли сталь відпускають при температурі близько 300°C, це часто підвищує її крихкість.Це явище називається першим типом відпускної крихкості.Як правило, його не слід гартувати в цьому діапазоні температур.Деякі конструкційні сталі з середньовуглецевими сплавами також схильні до крихкості, якщо їх повільно охолодити до кімнатної температури після високотемпературного відпустки.Це явище називається другим типом відпускної крихкості.Додавання молібдену до сталі або охолодження в олії чи воді під час відпустки може запобігти другому типу відпускної крихкості.Цей вид крихкості можна усунути повторним нагріванням другого типу загартованої крихкої сталі до початкової температури відпуску.

На виробництві він часто базується на вимогах до продуктивності заготовки.Залежно від різної температури нагріву, загартування поділяється на низькотемпературне, середньотемпературне та високотемпературне.Процес термічної обробки, який поєднує загартування та подальший високотемпературний відпуск, називається загартуванням і відпуском, що означає, що він має високу міцність і хорошу пластичну в’язкість.

1. Низькотемпературний відпуск: 150-250 ° C, M циклів, зменшує внутрішню напругу та крихкість, покращує пластичну міцність, має вищу твердість і зносостійкість.Використовується для виготовлення вимірювальних інструментів, різальних інструментів, підшипників кочення тощо.

2. Проміжна температура відпустки: 350-500 ℃, Т-цикл, з високою еластичністю, певною пластичністю та твердістю.Використовується для виготовлення пружин, штампів тощо.Частина обробки з ЧПУ

3. Високотемпературний загартування: 500-650 ℃, час S, з хорошими комплексними механічними властивостями.Використовується для виготовлення шестерень, колінчастих валів тощо.
Що нормалізується?

Нормалізація – це термічна обробка, яка підвищує міцність сталі.Після того, як сталевий компонент нагрівається до температури на 30~50°C вище температури Ac3, він деякий час залишається теплим, а потім охолоджується повітрям.Головною особливістю є те, що швидкість охолодження є вищою, ніж відпал, і нижчою, ніж загартування.Під час нормалізації кристалічні зерна сталі можуть бути подрібнені при трохи швидшому охолодженні.Можна не тільки отримати задовільну міцність, але також можна значно покращити міцність (показник AKV) і зменшити схильність компонента до розтріскування.-Після нормалізації обробки деяких низьколегованих гарячекатаних сталевих пластин, низьколегованих сталевих поковок і відливок можна значно покращити комплексні механічні властивості матеріалів, а також покращити продуктивність різання.алюмінієва частина

Нормалізація має такі цілі та використання:

① Для доевтектоїдних сталей нормалізація використовується для усунення перегрітої крупнозернистої структури та структури Відманштаттена лиття, кування та зварних виробів, а також стрічкової структури в прокатних матеріалах;очищати зерна;і може використовуватися як попередня термічна обробка перед гасінням.

② Для заевтектоїдних сталей нормалізація може усунути сітчастий вторинний цементит і очистити перліт, що не тільки покращує механічні властивості, але й полегшує наступний сфероїдизуючий відпал.

③ Для тонких сталевих листів для глибокої витяжки з низьким вмістом вуглецю нормалізація може усунути вільний цементит на межі зерен, щоб покращити ефективність глибокої витяжки.

④ Для низьковуглецевої сталі та низьковуглецевої низьколегованої сталі нормалізація може отримати більш пластівчасту перлітну структуру, збільшити твердість до HB140-190, уникнути явища «прилипання ножа» під час різання та покращити оброблюваність.Для середньовуглецевої сталі більш економічно і зручно використовувати нормалізацію, коли доступні як нормалізація, так і відпал.5 осей оброблена деталь

⑤ Для звичайних конструкційних сталей із середнім вмістом вуглецю, де механічні властивості невисокі, нормалізацію можна використовувати замість загартування та високотемпературного відпустки, яка не тільки проста в експлуатації, але й стабільна за структурою та розміром сталі.

⑥ Нормалізація при високій температурі (150 ~ 200 ℃ вище Ac3) може зменшити поділ композиції виливків і поковок завдяки високій швидкості дифузії при високій температурі.Грубі зерна після високотемпературної нормалізації можуть бути подрібнені за допомогою другої нижчої температурної нормалізації.

⑦ Для деяких низько- та середньовуглецевих легованих сталей, які використовуються в парових турбінах і котлах, нормалізація часто використовується для отримання бейнітної структури, а потім після високотемпературного відпустки вона має хороший опір повзучості при використанні при 400-550 ℃.

⑧ Окрім сталевих деталей і сталі, нормалізація також широко використовується при термічній обробці ковкого чавуну для отримання перлітної матриці та підвищення міцності ковкого чавуну.

Оскільки характеристикою нормалізації є повітряне охолодження, температура навколишнього середовища, спосіб укладання, потік повітря та розмір заготовки впливають на організацію та продуктивність після нормалізації.Нормалізуючу структуру також можна використовувати як метод класифікації легованої сталі.Загалом леговані сталі поділяються на перлітну, бейнітну, мартенситну та аустенітну сталь на основі структури, отриманої повітряним охолодженням після нагрівання зразка діаметром 25 мм до 900°C.
Що таке відпал?

Відпал — це процес термічної обробки металу, при якому метал повільно нагрівається до певної температури, витримується протягом достатнього часу, а потім охолоджується з відповідною швидкістю.Термічна обробка відпалу поділяється на повний відпал, неповний відпал і відпал для зняття напруги.Механічні властивості відпалених матеріалів можна перевірити випробуванням на розтяг або твердість.Багато сталей поставляються у відпаленому стані термічної обробки.Твердість сталі можна перевірити за допомогою твердомера Роквелла для перевірки твердості HRB.Для більш тонких сталевих пластин, сталевих смуг і тонкостінних сталевих труб поверхневий твердомір за Роквеллом можна використовувати для перевірки твердості HRT..

① Покращення або усунення різноманітних структурних дефектів і залишкових напруг, спричинених литтям сталі, куванням, прокаткою та зварюванням, а також запобігання деформації та розтріскування заготовки.

② Розм’якшіть заготовку для різання.

③ Уточнюйте зерна та покращуйте структуру, щоб покращити механічні властивості заготовки.

④ Підготувати організацію до остаточної термічної обробки (загартування, відпуск).
Зазвичай використовуються такі процеси відпалу:

① Повністю відпалений.Використовується для очищення грубої перегрітої структури з поганими механічними властивостями після лиття, кування та зварювання середньо- та низьковуглецевої сталі.Нагрійте заготовку до температури на 30-50 ℃ вище температури, при якій весь ферит перетворюється на аустеніт, витримайте деякий час, а потім повільно охолодіть за допомогою печі.Під час процесу охолодження аустеніт знову перетворюється, щоб зробити структуру сталі більш тонкою..

② Сфероїдизуючий відпал.Використовується для зниження високої твердості інструментальної та підшипникової сталі після кування.Заготовку нагрівають на 20-40°С вище температури, при якій сталь починає утворювати аустеніт, а потім повільно охолоджують після витримки температури.У процесі охолодження пластинчастий цементит у перліті стає сферичним, тим самим знижуючи твердість.

③ Ізотермічний відпал.Використовується для зниження високої твердості деяких легованих конструкційних сталей з високим вмістом нікелю та хрому для різання.Зазвичай його спочатку охолоджують до найбільш нестабільної температури аустеніту з відносно швидкою швидкістю, а після витримки протягом відповідного часу аустеніт перетворюється на троостит або сорбіт, і твердість може бути знижена.

④ Рекристалізаційний відпал.Застосовується для усунення явища зміцнення (збільшення твердості та зниження пластичності) металевого дроту та листа при холодному волочінні та холодній прокатці.Температура нагріву, як правило, на 50-150 °C нижча від температури, при якій сталь починає утворювати аустеніт.Тільки таким чином можна усунути ефект зміцнення і розм’якшити метал.

⑤ Графітизаційний відпал.З його допомогою чавун, що містить велику кількість цементиту, перетворює на ковкий чавун з хорошою пластичністю.Операція процесу полягає в нагріванні виливка приблизно до 950 °C, утриманні його в теплі протягом певного періоду часу, а потім охолодженні належним чином для розкладання цементиту з утворенням флокулентного графіту.

⑥ Дифузійний відпал.Застосовується для гомогенізації хімічного складу виливків зі сплавів і підвищення їх експлуатаційних характеристик.Метод полягає в тому, щоб нагріти виливок до максимально можливої ​​температури без плавлення, витримувати його протягом тривалого часу, а потім повільно охолоджувати після того, як дифузія різних елементів у сплаві має тенденцію до рівномірного розподілу.

⑦ Відпал для зняття напруги.Застосовується для усунення внутрішньої напруги сталевих виливків і зварювальних деталей.Для сталевих виробів температура, при якій починає утворюватися аустеніт після нагрівання, становить 100-200 ℃, а внутрішню напругу можна усунути шляхом охолодження на повітрі після витримки температури.

Процес відпалу сталі

На виробництві часто затребувані метали з особливими властивостями, проте їх створення у великих масштабах недоцільно. З цієї причини металургійні підприємства виготовляють універсальну сировину, що відповідає державному стандарту, а вона потім проходить спеціальну обробку.

Найпопулярніший спосіб обробки сталі – її відпал. В результаті цієї операції змінюється структура матеріалу, і ця зміна надає їй нові властивості – наприклад, знижену твердість та здатність витримувати високі температури. Фахівці “Метал Холдінг” детально пояснює, як відбувається відпал металу і які є особливості у цієї операції.

Навіщо треба піддавати метал термічній обробці?

Термообробка сировини дозволяє поліпшити її фізичні та хімічні властивості:

• понижена твердість. Робота за таким матеріалом дозволяє прискорити процеси подальшої обробки й використати ширший спектр інструментів;
• поліпшена структура. Висока температура змінює кристалічну структуру металу, адаптуючи його для подальшої обробки.

Іноді буває досить і неповного відпалу. Також використовуються різні за своєю складністю режими. Повний відпал може займати до декількох діб залежно від розмірів оброблюваного виробу. Найдовші частини цієї процедури – нагрівання до необхідної температури і охолодження. Відпал проводиться зазвичай в муфельній печі – у ній можна задати необхідну температуру і тим самим контролювати відпал.

Якщо печі немає, контроль за температурою можна проводити тільки візуально, орієнтуючись на колір сировини.

Які є види відпалу металу?

У класифікації використовують різні роди, повноту і види відпалу.

Відпал першого роду проходить без рекристалізації й дозволяє усунути сліди механічної обробки на верстатах. Такий вид процедури знижує міцність і збільшує пластичність металу, а також зменшує внутрішню напругу в ньому. Такі якості наділяють вироби підвищеною надійністю і довговічністю.

Відпал другого роду використовує фазову рекристалізацію, внаслідок чого серйозно міняється структура металу. Фазова рекристалізація – це нагрівання металу вище за критичні для нього точки з подальшим охолодженням. Спосіб проведення відпалу другого роду визначається необхідними для виробу якостями металу. Тут особливо важлива точність, оскільки при надмірному перегріванні зміни в структурі металу стають безповоротними, після чого метал потрібно переплавляти.

Відпал також буває повним і неповним. Неповний у більшості випадків застосовується для створення основних елементів конструкцій, а неповний – для невеликих деталей. Це пов’язано з тим, що міра змін в структурі сталі сильно розрізняється залежно від обраного способу обробки. Тут важливі такі параметри, як температура нагріву, час витримки, швидкість охолодження і режим охолодження.

Неповний відпал не дозволяє температурі в печі досягти критичної для металу точки й не вимагає тяжких умов для режиму охолодження. При повному відпалі метал розігрівається навпаки, вище за критичні для нього значення. Необхідно підтримувати цю температуру точно вказаний за стандартом час і так само суворо виконати охолодження у відповідному режимі.

При цьому треба враховувати усі параметри сталі: марку, її твердість і зміст домішок, оскільки для кожного складу є свій державний стандарт для термічної обробки.

За видом розрізняють ізотермічний, дифузійний і рекристалічний відпал.

Ізотермічний відпал – відповідніший варіант для легованих марок сталі. Цей спосіб полягає в тому, щоб нагрівати метал до аустенітної фази й прискорено потім його охолодити. Після цього заготівля витримується в печі на кінцевій температурі після охолодження до тих пір, поки не настає перлітовий стан. Потім метал до кінця охолоджується поза піччю, природним способом на повітрі. Для сталей з високим відсотком хрому в складі це найефективніший спосіб збільшити їх пластичність.

Також для ізотермічного відпалу характерний особливий спосіб охолодження. Для нього матеріал не охолоджують поступово, як при інших видах відпалу, а тримають в постійній температурі, внаслідок чого аустеніт повністю розпадається з перетворенням феритового і перлітового стану. Так відбувається обробка сплавів, стійких до дії екстремальних температур, а також для обробки дрібних деталей і інструментів. При цьому цей вид відпалу не займає багато часу, залишаючись ефективним для вирішення багатьох технологічних завдань виробництва.

Дифузійний відпал за усіма стандартами вважається екстремальним, оскільки при ньому метал нагрівають до максимально високих температур, що екстремально перевищує критичні для нього точки нагріву. Така методика підійде для роботи з легкоплавкими складами й сплавами з досить складними складами. За допомогою дифузійного відпалу можна зробити структуру сталі м’якше й пластичніше, відкриваючи доступ до інших можливостей для подальшої обробки.

Відмітимо, що при використанні такого виду відпалу потрібен суворий контроль за температурним режимом і точне дотримання технології операції, тому при роботі з екстремально високими температурами завжди є ймовірність перегрівання, після чого сплав доведеться віддавати на переплавку. Точні значення температури для кожної марки сталі вказані в металургійних довідниках – чітке відстежування цих значень уберігає склад від втрати своїх якостей.

Відпал рекристалізації – це спосіб, відповідний для позбавлення від небажаних якостей матеріалу. За допомогою цієї методики знімають наклепання і всілякі ушкодження після попередніх етапів обробки. У такий спосіб обробляють:

Використання відпалу рекристалізації дозволяє різним видам металу набути необхідні для виробництва характеристики, щоб задовольняти необхідним якостям кінцевого виробу.

Те, яку методику треба вибрати, залежить від первинного хімічного складу сплаву і необхідних якостей кінцевого продукту. Для правильної термічної обробки металу матеріал треба нагрівати з перевищенням температури кристалізації на пару сотень градусів. Спосіб обробки також визначає якості, які можна надати матеріалу.

Часто досить неповного відпалу, але для дрібних деталей знадобиться використання повного.

Особливості роботи з різними видами сталі

Для кожної марки є свої стандарти обробки й технологічні вимоги до проведення термічної обробки. Головний параметр, який враховується – вміст вуглецю і відсоток інших металів в сплаві. На твердість також впливає час, відведений на витримку металу в печі й на охолодження.

Нерідко використовують дві печі: одну для підтримки максимальної температури, і другу для завершення формування потрібної молекулярної структури матеріалу. У першій печі температура може бути вища за тисячу градусів з подальшим охолодженням зі швидкістю до ста градусів в годину. Нижче 300 градусів виріб охолоджується вже поза піччю.

Доевтектоїдні сталі містять менш одного відсотка вуглецю, в їх структурі переважають ферит і перліт, тому для марок цієї сталі досить неповного відпалу, щоб збільшити пластичність металу. Такі низьковуглецеві марки часто використовуються у будівництві для створення міцних несних конструкцій. До їх обробки можуть бути виставлені жорсткі вимоги – у таких випадках застосовують повний відпал. Цей вид відпалу дозволяє створити збалансовану за напругою та іншим якостям структуру залежно від вимог виробництва.

Під діям високих температурних режимів відбуваються серйозні структурні зміни металу – проаналізувати їх можна виключно за допомогою спеціального устаткування. Для кожного виду сплавів розроблені свої рекомендації та стандарти на основі численних досліджень, що дозволяють ефективно загартовувати й обробляти їх. У них прописані температурні режими, час витримки та інші особливості технологічного процесу.

Це актуально для роботи у виробничих умовах, коли така обробка приймає масштабніший характер. Для любительської роботи досить простого дотримання правил відпалу, оскільки для побутового застосування сталі у більшості випадків не має значення, який саме це сплав за змістом домішок.

Мережа металобаз “Метал Холдінг” пропонує послуги з декількох видів обробки металопрокату, у тому числі відпалу.