Отжиг металлов: определение, процесс, стадии и применение

Хотя химический состав металла во многом определяет механические свойства, свойства многих металлов можно изменить термической обработкой. Существует множество видов термообработки, и один из самых популярных — отжиг.

Что такое отжиг?

Отжиг — процесс термической обработки, применяемый преимущественно для увеличения вязкости и снижения твердости материала. Изменение твердости и вязкости происходит за счет уменьшения дислокаций в кристаллической решетке материала.

Отжиг часто проводят после закалки или холодной деформации, чтобы предотвратить ломкость или сделать материал более пластичным для последующих операций.

Зачем отжигают металл?

Как сказано, отжиг снижает твердость и повышает вязкость. Изменение этих свойств важно по причинам:

• Улучшает формовочность. Твердые, хрупкие материалы трудно гнуть или штамповать без разрушения. Отжиг устраняет этот риск.
• Улучшает обрабатываемость резанием. Слишком хрупкий материал вызывает износ инструмента. Снижение твердости отжигом уменьшает износ режущего инструмента.
• Устраняет остаточные напряжения. Они могут вызывать трещины и другие проблемы; лучше устранять их по возможности.

Подробнее см. Механические свойства материала.

Какие металлы можно отжигать?

Для отжига нужен материал, изменяемый термической обработкой. Примеры: многие виды стали и чугуна. Некоторые виды алюминия, меди, латуни и другие материалы также реагируют на отжиг.

Процесс отжига

Отжиг — термическая обработка, меняющая физические и иногда химические свойства для повышения вязкости и снижения твердости, делая материал более пригодным для обработки.

Отжиговая печь нагревает материал выше температуры рекристаллизации, затем выдерживает при нужной температуре определенное время и охлаждает. При охлаждении материал рекристаллизуется: нагрев вызвал перераспределение атомов и устранение дислокаций.

Три основные стадии отжига:

• Стадия восстановления (recovery)
• Стадия рекристаллизации
• Стадия роста зерен

Стадия восстановления

Печь или иное нагревательное устройство поднимает температуру материала до уровня, при котором снимаются внутренние напряжения.

Стадия рекристаллизации

Материал нагревают выше температуры рекристаллизации, но ниже температуры плавления. Образуются новые зерна без предварительных напряжений.

Стадия роста зерен

Новые зерна полностью развиваются. Рост контролируется за счет охлаждения с определенной скоростью. Результат — материал с большей вязкостью и сниженной твердостью. После отжига иногда проводят последующие процессы, дальше меняющие механические свойства.

Когда нужен отжиг и почему он важен?

Отжиг обращает эффекты закачки при обработке, возникающие при гибке, холодной формовке или вытяжке. Если материал становится слишком твердым, его невозможно обрабатывать или появляются трещины.

Нагрев выше температуры рекристаллизации делает материал более вязким и пригодным для обработки. Отжиг также снимает напряжения, возникающие при затвердевании сварных швов. Горячекатаная сталь также формовочна за счет нагрева выше температуры рекристаллизации. Хотя отжиг стали и легированных сталей распространен, другие металлы — алюминий, латунь, медь — тоже выигрывают от процесса.

Металлурги используют отжиг для изготовления сложных деталей и сохранения пригодности материала, возвращая его к состоянию до механической обработки. Процесс важен для поддержания вязкости и снижения твердости после холодной деформации. Кроме того, некоторые металлы отжигают для повышения электрической проводимости.

Можно ли использовать отжиг для сплавов?

Отжиг можно проводить для сплавов, причем частичный или полный отжиг — единственные методы для нетермоупрочняемых сплавов. Исключение — сплавы 5000-й серии, которые можно стабилизировать при низких температурах.

Сплавы отжигают при 300–410 °C в зависимости от сплава; время нагрева 0,5–3 часа в зависимости от размера заготовки и типа сплава. Охлаждение не быстрее 20 °C/час до 290 °C; ниже этой температуры скорость охлаждения не критична.

Преимущества отжига

Главные плюсы: улучшает обрабатываемость, повышает вязкость, снижает твердость, увеличивает вязкость и обрабатываемость резанием.

Нагрев и охлаждение также снижают ломкость, улучшают магнитные свойства и электрическую проводимость.

Недостатки отжига

Главный минус — процесс может быть длительным, в зависимости от материала. Материалы с высокими температурными требованиями долго остывают, особенно при естественном охлаждении в печи.

Применение отжига

Отжиг используется во многих отраслях, где металлы обрабатывают в сложные структуры или многократно перерабатывают.

Одна из главных задач — обращение эффектов закачки при обработке. Также устраняют внутренние напряжения при затвердевании сварных швов. Помимо сталей, выгоду дают медь, алюминий, латунь.

Часто задаваемые вопросы

Что такое отжиг?

Отжиг — процесс термической обработки, преимущественно для увеличения вязкости и снижения твердости материала. Изменение происходит за счет уменьшения дислокаций в кристаллической решетке.

Какой процесс отжига?

Отжиг — термическая обработка, меняющая физические и иногда химические свойства для повышения вязкости и снижения твердости, делая материал более пригодным для обработки.

Каковы 3 стадии отжига?

Три стадии процесса отжига по мере повышения температуры: восстановление, рекристаллизация, рост зерен.

Какой процесс отжига?

Отжиг — термическая обработка, меняющая микроструктуру для изменения механических или электрических свойств. Обычно в сталях отжиг снижает твердость, повышает вязкость, устраняет внутренние напряжения.

Каковы 3 стадии отжига?

Три основные стадии процесса отжига:

• Стадия восстановления.
• Стадия рекристаллизации.
• Стадия роста зерен.

Что происходит при отжиге?

Металл нагревают до температуры, где возможна рекристаллизация. На этом этапе исправляются дефекты, вызванные деформацией. Металл выдерживают при этой температуре фиксированное время, затем охлаждают до комнатной температуры.

Зачем отжигают нержавеющую сталь?

Аустенитную нержавейку нельзя упрочить термической обработкой. Вместо этого она закачивается при обработке (набирает твердость при изготовлении и формовке). Отжиг смягчает её, добавляет вязкость, улучшает коррозионную стойкость.

Как отжигать?

Для черных металлов (сталь) отжиг: нагрев (обычно до красноты) на время, затем медленное охлаждение до комнатной температуры в спокойном воздухе. Медь, серебро, латунь можно охлаждать медленно в воздухе или быстро — закалкой в воде.

Какие материалы можно отжигать?

Чаще всего в промышленности отжигают многие виды стали и чугуна. Также специфические виды алюминия, меди, латуни. Сталь обычно охлаждают в воздухе, медь и латунь — также можно закаливать в воде.

Зачем отжигают алюминий?

Когда нужно согнуть алюминий в сложную форму, отжиг решает задачу. Нагрев почти до температуры плавления и медленное охлаждение смягчают кристаллическую структуру, делая материал более пластичным.

В чем разница между отжигом и закалкой?

После отжига зерна уточняются, структура устраивается, дефекты устраняются. Закалка вызывает мартенситное или байн Bainитное превращение переохлажденного австенита. Получается мартенситная или байн Bainитная структура.

В чем разница между закалкой и отжигом?

Отжиг — термическая обработка для смягчения или получения других свойств (обрабатываемость, электрические свойства, размерная стабильность). Закалка — процесс повышения твердости металла.

Снимает ли отжиг напряжения?

Нагрев выше температуры рекристаллизации, выдержка, охлаждение. Отжиг придает вязкость, смягчает материал, снимает внутренние напряжения, уточняет структуру (однородность), улучшает свойства при холодной обработке.

Можно ли отжигать нержавеющую сталь?

Да, возможно отжиг труб из нержавеющей стали типа 441. Полный отжиг: нагрев 760–830 °C на 90 мин на 25 мм толщины, затем закалка в воздухе. Снятие напряжений (после сварки) — 200–300 °C.

Что означает отожженная медь?

Отожженная медь получается после закачки термической обработкой для восстановления пластичности. Используется в отоплении и сантехнике, где трубы должны гнуться без специнструмента.

Как укрепить металлы?

Четыре способа повысить прочность металла:

• Холодная деформация.
• Твердение твердым раствором.
• Превращенческое твердение.
• Выделенческое твердение.

Одинаковы ли отжиг и отпуск?

Оба используются для стали, но отжиг дает более мягкую сталь, удобную для обработки, а отпуск — менее хрупкую версию, широко используемую в строительстве и промышленности.

При какой температуре отжигают нержавеющую сталь?

Большинство аустенитных нержавеющих сталей отжигают при минимуме 1900 °F (1038 °C) с последующей водяной закалкой или быстрым охлаждением. Мартенситные стали — при более низких температурах (~1400 °F / 760 °C) и медленном охлаждении.

Какая главная цель отжига?

Главные преимущества: улучшает обрабатываемость материала, повышает вязкость, снижает твердость, увеличивает вязкость и обрабатываемость резанием металла.

Как отжигать 304?

Отжиг типов SS304 и SS304L: нагрев выше 1900 °F на 90 мин на 25 мм толщины с последующей водяной или воздушной закалкой. Лучшая коррозионная стойкость при конечной температуре отжига выше 1900 °F.

Что такое процесс растворительного отжига?

Растворительный отжиг — термическая обработка, меняющая металлургическую структуру для изменения механических или электрических свойств. Обычно используется для снижения чувствительности к трещинам застаревшего материала, который нужно вернуть в свариваемое состояние.

При какой температуре можно отжигать медь?

Медные трубы обычно «отжигают» в диапазоне 700–1200 °F (370–650 °C). Способ нагрева, конструкция печи, атмосфера, форма заготовки важны для равномерности результатов, чистоты и стоимости.

Как смягчить серебро?

Для смягчения стерлингового серебра: нагрев до 1100 °F (593 °C) с последующей водяной закалкой. Серебро можно холодно деформировать до 70% перед необходимым отжигом.

Зачем отжигают нержавеющую сталь?

Аустенитная нержавейка не упрочняется термической обработкой. Она закачивается при изготовлении и формовке. Отжиг смягчает, добавляет вязкость, улучшает коррозионную стойкость.

Что происходит, когда медь отжигается?

Отжиг меди делает её мягче и менее хрупкой, позволяя гнуть без разрыва. Эта пластичность позволяет ковать и формировать медь в любую форму без трещин.

Нужно ли закаливать после отжига?

Для отжига металла нагревают горелкой до критической температуры, затем закаляют горячий металл в воде. Осторожно: не перегревайте выше температуры отжига — металл расплавится.