Объяснение процесса отжига: методы, преимущества и передовой опыт для производителей

Отжиг обычно производится после литья, что является одной из наших основных услуг. HDC. Снижает твёрдость, улучшает пластичность и снимает внутренние напряжения в металле. Это гарантирует длительную эксплуатацию изделия в различных сложных условиях.

Что такое отжиг?

Отжиг — это процесс термической обработки, значительно облегчающий обработку металлов. Это один из важнейших процессов термической обработки, необходимый для других этапов производства.

Как работает отжиг: основные механизмы

Такие процессы, как литье или гибка, часто могут повлиять на структуру. Поэтому для устранения этих мелких дефектов и выравнивания структуры используется отжиг. В ходе этого процесса происходят три ключевых изменения:

• Атомная миграция: Тепло дает атомам энергию, позволяя им двигаться и перестраиваться в более упорядоченную структуру.
• Уменьшение дислокации: Дислокации — это крошечные спутанности в кристаллической структуре, которые делают металл твёрже и хрупкее. В процессе отжига эти спутанности уменьшаются, что приводит к более мягкой металлической структуре.
• Микроструктурные изменения: Небольшие кристаллы, известные как зерна, формируют и фиксируют структуру металла, делая его более стабильным.

Этапы отжига

Стадия восстановления

Этот первый этап происходит при более низких температурах. В ходе процесса устраняются повреждения кристаллической структуры и снимаются внутренние напряжения. Однако основные свойства металла при этом существенно не меняются.

Стадия перекристаллизации

В этот момент металл достигает температуры рекристаллизации. Начинают появляться новые зерна, заменяющие старые, повреждённые. В результате структура становится более гибкой и менее твёрдой.

Стадия роста зерна

Если после перекристаллизации поддерживать температуру, начинают формироваться новые зернаЭти мелкие зерна сливаются, образуя более крупные, что может значительно размягчить материал. Однако этот этап необходимо тщательно контролировать, иначе он может негативно повлиять на другие свойства.

Ситуации, в которых можно использовать отжиг

Отжиг используется для решения распространенных проблем при изготовлении изделий из металлов.

Обратная закалка

Холодная обработка, такая как прокатка или ковка, может привести к упрочнению металлов. Отжиг используется для обращения этого эффекта вспять, делая металл мягким и снова пригодным для обработки в производственных процессах. 

Уменьшить затвердевание сварного шва

Сварка соединяет металлы при сильном нагревании, и при быстром охлаждении металла в соединении возникают значительные напряжения. Отжиг помогает снять эти напряжения и предотвращает образование трещин.

Улучшение электропроводности

В таких металлах, как медь, деформационное упрочнение может препятствовать прохождению тока, снижая эффективность проводов. Отжиг сглаживает внутреннюю структуру, позволяя металлу лучше проводить электричество.

Устранение остаточных напряжений

Остаточные напряжения, возникающие при литье или механической обработке, могут привести к деформации заготовки. Отжиг обеспечивает стабильность и прочность деталей для их конечного использования.

Типы процессов отжига

Отжиг для снятия напряжений

Этот процесс снижает остаточные напряжения без существенного изменения прочности металла. При этом используется умеренный нагрев в течение более короткого времени, что предотвращает деформацию при механической обработке. В большинстве случаев этот процесс выгоден для сварных деталей.

Изотермический отжиг

Это специализированный процесс. После нагрева металл охлаждается до заданной температуры. Металл выдерживается при этой температуре для контроля процесса превращения. Это позволяет ускорить производство и контролировать однородность стали.

Диффузионный отжиг

Этот процесс также известен как гомогенизация. При этом используется длительная обработка высоким нагревом для выравнивания химических различий в сплавах. Обычно он применяется для отливок с неоднородной структурой. Процесс охлаждения должен быть медленным, чтобы атомы могли создать более однородную структуру.

Неполный отжиг

В этом процессе сталь нагревается до температуры, находящейся точно между нижней (Ac1) и верхней (Ac3) критическими точками. Это приводит к частичной аустенитизации и созданию мелкодисперсной микроструктуры с хорошей пластичностью и прочностью.

Полный отжиг

Здесь сталь нагревают выше верхней критической температуры (Ac3) до создания полностью аустенитной структуры. После этого её очень медленно охлаждают в печи.

Докритический отжиг

Этот процесс нагревает материал до температуры чуть ниже нижней критической. Он используется для снятия напряжений и снижения твёрдости металла без образования аустенитной структуры.

Сфероидизирующий отжиг

Сфероидизация используется для придания карбидам внутри стали небольших округлых форм. Это значительно облегчает обработку высокоуглеродистой стали, а также повышает прочность деталей.

Рекристаллизационный отжиг

В этом процессе металл нагревается выше точки рекристаллизации, чтобы создать новую, беззеренную структуру, что повышает пластичность.

Светлый отжиг и отжиг на открытом воздухе

Светлый отжиг проводится в контролируемой атмосфере (обычно водородной или азотной) для предотвращения окисления поверхности. Это позволяет сохранить поверхность материала чистой. Этот метод также обычно применяется для цветных металлов.

Однако отжиг на открытом воздухе обычно проводится в присутствии воздуха. Воздействие кислорода приводит к образованию поверхностной окалины, которую необходимо удалять.

Отжиг в пламени

Это локальный метод, при котором для нагрева поверхности металла используется контролируемое пламя. Обычно он хорошо подходит для больших деталей, требующих точной обработки.

Закалочный отжиг

Здесь металл нагревают до очень высокой температуры, но охлаждают не медленно, а быстро, погружая его в воду или другую жидкость. Этот метод чаще всего применяется к нержавеющей стали, чтобы придать ей высокую устойчивость к ржавчине.

Бета-отжиг

Это специализированный процесс, применяемый к титановым сплавам. Металл нагревается до нужной температуры. бета-фазовое поле, а затем охлаждают контролируемым образом для достижения желаемых свойств.

Этапы процесса и оборудование

Отжиг обычно состоит из трех основных этапов:

• Обогрев: Материал нагревается выше температуры рекристаллизации, а точный уровень зависит от обрабатываемого сплава.
• Замачивание: Затем заготовку выдерживают при этой температуре в течение заданного времени, чтобы дать возможность структуре полностью адаптироваться.
• Контролируемое охлаждение: Процесс охлаждения обычно медленный и влияет на конечные свойства металла.

Используемое оборудование различается в зависимости от масштаба производства. Для небольших партий используются печи периодического действия, а для больших объёмов — печи непрерывного действия. Для защиты поверхностей от окисления также применяются вакуумные или газонаполненные камеры.

Преимущества отжига

Отжиг имеет ряд очевидных преимуществ:

• Снижает твердость металла и повышает пластичность, что улучшает обрабатываемость.
• Устраняет вредные внутренние напряжения в заготовке.
• Это также экономит время и снижает износ режущих инструментов.

Недостатки отжига

Вам также следует принять во внимание некоторые компромиссы, связанные с процессом отжига:

• Главным недостатком является то, что при неправильном контроле нагрева снижается прочность материала.
• Полные циклы отжига могут длиться много часов, что замедляет время производства.
• В печах на открытом воздухе может происходить поверхностное окисление, поэтому после этого требуется дополнительная очистка.

Промышленное применение

Автомобилестроение и инструментальное производство

Многие автомобильные детали обычно отжигаются перед механической обработкой. К ним относятся:

• Шестерни
• Коленчатые валы
• Корпусные кронштейны

Отжиг также используется для повышения обрабатываемости высокоуглеродистых сталей, используемых в инструментальном производстве. Это позволяет формировать изделия сложной формы перед закалкой.

Значение никелевых сплавов

Никелевые сплавы, используемые в условиях высоких температур или коррозионных сред, значительно выигрывают от отжига. Этот процесс восстанавливает прочность и устойчивость к нагрузкам, что обеспечивает их надёжность в ответственных деталях.

Применение в различных металлах

Медь отжигают, чтобы сохранить её высокую электропроводность и облегчить изгиб и вытяжку. Алюминиевые детали также обрабатывают для снижения твёрдости и снятия внутренних напряжений перед формовкой. Стеклянные изделия также подвергают отжигу для снятия напряжений. Без отжига они могут треснуть при охлаждении или последующем использовании.

Выбор правильного метода отжига

Правильный метод зависит от материала и цели его использования. Полный отжиг лучше подходит для литых стальных деталей перед механической обработкой, а снятие напряжений — для сварных деталей. Стадия производства имеет значение. Ранний отжиг может облегчить формовку.

Также рекомендуется проконсультироваться со специалистами по термообработке, чтобы подобрать правильные параметры для каждого типа обработки. Соблюдение рекомендаций, касающихся конкретного сплава, также поможет избежать дорогостоящих ошибок.

Вывод

Независимо от того, очищаете ли вы медь или формуете сталь, отжиг гарантирует наилучшие эксплуатационные характеристики материала. Если вам нужны услуги специалистов по отжигу, свяжитесь с нами для вашего следующего проекта.