Отожженная сталь — это сталь, нагретая до определенной температуры, а затем медленно контролируемым образом охлажденная для снижения твердости, снятия внутренних напряжений и улучшения пластичности и обрабатываемости. Этот процесс термообработки коренным образом меняет микроструктуру стали, делая ее мягче и с ней легче работать для последующего формования, механической обработки или обработки. стальная ковка операции. В результате получается материал с улучшенной обрабатываемостью, большей прочностью и более предсказуемым механическим поведением — качествами, которые имеют решающее значение практически во всех отраслях производства.
Независимо от того, закупаете ли вы необработанные заготовки для ковки стали, подготавливаете листовой металл для глубокой вытяжки или обрабатываете детали сложной геометрии, отжиг часто является той обработкой, которая определяет разницу между плавным процессом и вышедшим из строя компонентом. В этой статье рассматривается все: от основ металлургии до практических сравнений с другими видами термической обработки, чтобы вы могли принимать обоснованные решения о том, когда и как отжигать сталь.
Металлургическая наука, лежащая в основе отожженной стали
Чтобы понять, что делает отжиг, необходимо понять, что происходит внутри стали на микроскопическом уровне. Сталь представляет собой в основном железо с углеродом, растворенным в его решетчатой структуре, а также легирующими элементами, такими как марганец, хром, никель или молибден. Когда сталь подвергается холодной обработке — путем прокатки, волочения, прессования или ковки — зерна металла деформируются и удлиняются. Дислокации (дефекты кристаллической решетки) размножаются, в результате чего сталь затвердевает и теряет пластичность. Это явление называется наклепом или деформационным упрочнением.
Отжиг обращает этот процесс вспять. При нагревании стали до температуры выше точки рекристаллизации деформированным зернам дается достаточно тепловой энергии для реорганизации в новые равноосные (примерно равные во всех измерениях) зерна, свободные от дислокаций. Медленное охлаждение позволяет атомам углерода равномерно перераспределяться по решетке железа, предотвращая образование твердых, хрупких микроструктур, таких как мартенсит. Конечная микроструктура обычно представляет собой феррит и перлит, которые одновременно относительно мягкие и прочные.
Ключевые микроструктурные изменения при отжиге
В течение полного цикла отжига происходят три перекрывающиеся стадии:
- Восстановление: При более низких температурах остаточные напряжения начинают спадать, а некоторые дислокации аннигилируют друг друга, уменьшая внутреннюю деформацию без существенного изменения структуры зерна.
- Рекристаллизация: Новые, свободные от напряжений зерна зарождаются и растут за счет деформированных зерен. Именно здесь происходит наибольшее смягчение. Рекристаллизация обычно начинается при температуре от 400°C до 700°C в зависимости от состава сплава и степени предварительной холодной обработки.
- Рост зерна: Если нагрев продолжается выше температуры рекристаллизации, зерна начинают сливаться и укрупняться. Чрезмерно крупные зерна могут снизить ударную вязкость, поэтому необходимо тщательно контролировать температуру отжига.
Понимание этих этапов позволяет металлургам и инженерам-технологам точно адаптировать цикл отжига, контролируя не только конечную твердость, но и размер зерна, что напрямую влияет на обрабатываемость и реакцию материала на последующие операции ковки или формовки стали.
Объяснение типов процессов отжига
Не все отжиги одинаковы. Конкретный используемый цикл зависит от марки стали, степени холодной обработки, желаемых конечных свойств и запланированных последующих этапов производства. Ниже приведены наиболее широко используемые в промышленной практике методы отжига.
Полный отжиг
При полном отжиге сталь нагревается до От 30°C до 50°C выше верхней критической температуры (Ac3) для доэвтектоидных сталей или выше нижней критической температуры (Ac1) для заэвтектоидных сталей, выдерживают при этой температуре до полного пропитывания, а затем очень медленно охлаждают — обычно внутри печи со скоростью от 10 до 20 °C в час. Это обеспечивает максимально мягкое состояние для данной марки стали и часто используется перед тяжелой механической обработкой, формовкой или при подготовке заготовок для точной ковки стали.
Процесс отжига (субкритический отжиг)
Процессный отжиг нагревает сталь ниже нижней критической температуры (Ac1), обычно в диапазоне от 550°С до 700°С . Он не полностью рекристаллизует сталь, но достаточно облегчает наклеп, чтобы восстановить некоторую пластичность. Это широко используется при волочении проволоки и производстве листового металла между проходами холодной обработки. Это быстрее и дешевле, чем полный отжиг.
Сфероидизирующий отжиг
Сфероидизация превращает пластинчатый (пластинчатый) цементит (карбид железа) в перлитной структуре стали в сферические частицы карбида, заключенные в ферритной матрице. Результат максимальная мягкость, отличная обрабатываемость и отличная формуемость . Сфероидизация особенно важна для сталей с высоким содержанием углерода (более 0,6% C), которые подвергаются холодной высадке, глубокой вытяжке или прецизионной механической обработке. Цикл включает нагрев до температуры чуть ниже Ac1, выдержку в течение длительного времени (часто от 8 до 24 часов) и медленное охлаждение.
Изотермический отжиг
При изотермическом отжиге сталь нагревается до аустенитной области, затем быстро охлаждается до определенной промежуточной температуры и выдерживается там до тех пор, пока не завершится превращение аустенита в желаемую микроструктуру. Преимущество перед полным отжигом гораздо лучший контроль конечной микроструктуры и значительное сокращение времени цикла . Он обычно используется для легированных сталей, где одно только медленное охлаждение печи может занять непрактично длительный период времени.
Отжиг для снятия напряжений
Отжиг для снятия напряжений устраняет остаточные напряжения, возникающие при сварке, литье, механической обработке или ковке стали, без существенного изменения твердости или микроструктуры. Обычно температура находится в пределах от 150°С до 600°С , значительно ниже нижней критической температуры. Эта обработка имеет решающее значение для компонентов, которые должны сохранять стабильность размеров во время или после механической обработки, а также для сварных деталей, которые в противном случае были бы склонны к деформации или коррозионному растрескиванию под напряжением.
Яркий отжиг
Яркий отжиг проводится в контролируемой атмосфере — часто водороде, азоте или их комбинации — для предотвращения окисления и образования окалины на поверхности стали. Результатом является чистая, без окалины, блестящая металлическая поверхность это не требует последующего травления или удаления накипи. Он обычно используется для полос из нержавеющей стали, труб и прецизионных компонентов, где качество поверхности имеет решающее значение.
Отожженная сталь и другая термообработанная сталь: подробное сравнение
Отжиг — один из нескольких процессов термообработки, используемых для изменения свойств стали. Его часто путают с нормализацией, отпуском и закалкой — каждый из которых дает совершенно разный результат. В таблице ниже приведены основные различия.
Таблица 1: Сравнение распространенных процессов термообработки стали | Процесс | Температурный диапазон | Метод охлаждения | Результат твердости | Основная цель |
| Полный отжиг | Выше Ac3 (обычно 800–900°C) | Очень медленное охлаждение печи | Минимальный (самый мягкий) | Максимальная мягкость при формовке/механической обработке |
| Нормализация | Выше Ac3 (обычно 850–950°C) | Воздушное охлаждение | Умеренный | Однородная микроструктура, измельчение зерна. |
| закалка | Выше Ac3 | Быстрая (вода, масло или полимер) | Максимум (самый сложный) | Максимальная твердость и износостойкость |
| Закалка | 150–700°С (после закалки) | Воздушное охлаждение | Восстановлено из закаленного состояния | Баланс твердости и прочности |
| Снятие стресса | 150–600°С | Медленно | Без изменений | Уменьшить остаточные напряжения |
Наиболее распространенная путаница возникает между отжигом и нормализацией. Оба нагревают сталь выше критической температуры, но ключевое различие заключается в скорости охлаждения. При нормализации используется воздушное охлаждение, которое происходит быстрее, что приводит к более мелкозернистой структуре и немного более высокой прочности и твердости, чем отожженная сталь. Отожженная сталь, напротив, охлаждается внутри печи с контролируемой и очень медленной скоростью (иногда на это уходит много часов) для достижения абсолютной максимальной мягкости.
Для ковки стали это различие имеет большое значение. Заготовки из нормализованной стали часто легче обрабатывать и транспортировать без деформации, но отожженные заготовки предпочтительнее, когда процесс ковки требует максимального потока материала без растрескивания, особенно для сложных форм или поковок в закрытых штампах с жесткими допусками.
Роль отжига в операциях ковки стали
Ковка стали — процесс придания формы металлу с использованием сжимающих усилий, применяемых с помощью штампов, прессов или молотков, — является одной из самых сложных операций, которым может подвергаться материал. Заготовка должна пластически деформироваться без трещин, надрывов и образования поверхностных дефектов. Состояние стали перед ковкой оказывает прямое и измеримое влияние на срок службы матрицы, требуемый тоннаж пресса, процент брака и механические свойства конечной кованой детали.
01
Отжиг перед холодной ковкой
Холодная ковка выполняется при комнатной температуре или близкой к ней. Сталь должна изначально находиться в чрезвычайно мягком и пластичном состоянии, чтобы выдержать большую пластическую деформацию без разрушения. Сфероидизированный отжиг является стандартной предварительной обработкой при холодной ковке. , создавая микроструктуру с глобулярными карбидами в мягкой ферритной матрице, которая свободно течет под давлением. Общие области применения включают холоднокованые крепежные детали, болты и прецизионные валы. Согласно данным, опубликованным Ассоциацией производителей холодной штамповки (CFA), правильный сфероидизирующий отжиг может снизить скорость растрескивания при холодной ковке более чем на 60% по сравнению с использованием прокатанной или нормализованной заготовки.
02
Отжиг при горячей и горячей ковке стали
Горячая ковка, проводимая выше температуры рекристаллизации стали, обычно между 950°C и 1250°C в зависимости от сплава, размягчает сталь во время самого процесса, поэтому обширный предварительный отжиг менее важен. Однако, межстадийный отжиг между проходами ковки широко используется, когда требуется несколько операций штамповки. После каждого значительного этапа деформации заготовка подвергается отжигу для восстановления пластичности и снятия накопленной деформации перед следующим проходом. Это предотвращает растрескивание на последующих этапах ковки и помогает достичь однородной микроструктуры, необходимой для сложных структурных применений.
03
Постковочный отжиг
После операции ковки стали, особенно горячей ковки, быстрое и неравномерное охлаждение детали может привести к значительным остаточным напряжениям и неоднородной микроструктуре. Отжиг или нормализация после штамповки обычно применяются для гомогенизации микроструктуры, снятия остаточных напряжений и подготовки поковки к механической обработке. Отжиг для снятия напряжений после штамповки особенно важен для крупных или сложных поковок. где дифференциальные скорости охлаждения между поверхностью и сердцевиной могут создавать достаточно большие градиенты напряжений, чтобы вызвать деформацию или даже растрескивание во время последующей обработки.
04
Отжиг для окончательной обрабатываемости
Многие стальные поковки перед окончательной термообработкой подвергаются черновой обработке. Чтобы облегчить этот этап обработки и уменьшить износ инструмента, поковку отжигают после ковки и перед механической обработкой. Отожженное состояние обеспечивает самое мягкое и легко обрабатываемое состояние. После завершения механической обработки деталь обычно подвергается закалке (закалке и отпуску) для достижения окончательных механических свойств. Эта последовательность — ковка стали, отжиг, механическая обработка, закалка — является стандартным маршрутом производства таких компонентов, как шестерни, коленчатые валы, шатуны и полуоси.
Механические свойства отожженной стали: данные и критерии
Удельные механические свойства отожженной стали существенно различаются в зависимости от марки. Тем не менее, следующие контрольные показатели, взятые из стандартных технических характеристик материалов и инженерных справок, включая Справочник по металлам ASM International (10-е издание), дают достоверную картину того, чего достигает отжиг обычных углеродистых и легированных марок стали.
Таблица 2. Типичные механические свойства обычных сталей в отожженном состоянии (Источник: Справочник ASM International Metals Handbook, 10-е издание) | Марка стали | Содержание углерода (%) | Предел прочности (МПа) | Предел текучести (МПа) | Удлинение (%) | Твердость по Бринеллю (HB) |
| АИСИ 1020 | 0,18–0,23 | 395 | 295 | 36 | 111 |
| АИСИ 1045 | 0,43–0,50 | 565 | 310 | 16 | 163 |
| АИСИ 4140 | 0,38–0,43 | 655 | 415 | 26 | 197 |
| АИСИ 4340 | 0,38–0,43 | 745 | 470 | 22 | 217 |
| AISI D2 (инструментальная сталь) | 1,40–1,60 | — | — | — | 217 (макс.) |
Из этих данных можно выделить несколько примечательных закономерностей. Во-первых, более высокое содержание углерода обычно повышает твердость и прочность на разрыв при отжиге, одновременно уменьшая удлинение — даже в полностью отожженном состоянии высокоуглеродистые и высоколегированные стали тверже и менее пластичны, чем низкоуглеродистые марки. Во-вторых, значения удлинения выше 20% обычно достижимы в отожженных низко- и среднеуглеродистых сталях. , что делает их очень подходящими для холодной обработки и формовки. В-третьих, для инструментальных сталей, таких как D2, спецификация отжига часто устанавливает максимальную твердость (например, 217 HB), а не целевую, поскольку приоритетом является просто размягчение стали в достаточной степени для эффективной обработки.
В практике ковки стали твердость поступающего материала напрямую влияет на расчет нагрузки при штамповке. Более мягкая отожженная заготовка требует меньшего усилия пресса для той же степени деформации по сравнению с нормализованной или закаленной заготовкой. Для крупных поковок, производимых на гидравлических прессах, это может привести к значительной экономии энергии и уменьшению износа штампов в течение всего производственного цикла.
Распространенное применение отожженной стали в различных отраслях промышленности
Отожженная сталь используется практически во всех отраслях производства. Сочетание мягкости, пластичности и обрабатываемости делает его предпочтительной отправной точкой для компонентов, которые будут подвергаться дальнейшей обработке, а также используется непосредственно в тех случаях, когда не требуется высокая твердость, но необходимы формуемость и ударная вязкость.
Автомобильная промышленность
Панели кузова, компоненты шасси и элементы конструкции часто штампуются из отожженной или подвергнутой технологическому отжигу листовой стали. В компонентах трансмиссии, изготовленных методом холодной ковки, включая корпуса ШРУСов, заготовки шестерен и заготовки поворотных кулаков, в качестве исходного материала используется отожженная сфероидизацией катанка или пруток. Автомобильная промышленность является одним из крупнейших потребителей отожженной стали в мире, при этом крупные OEM-производители указывают строгие требования к отжигу в своих стандартах на материалы.
Аэрокосмическая промышленность
Аэрокосмическая промышленность forgings — turbine discs, structural brackets, landing gear components — are often annealed between forging stages to restore ductility and prepare the material for precise final machining. Annealing also plays a role in the production of aerospace fasteners, where cold-forged titanium and steel bolts require careful thermal processing to achieve the correct material condition before final coating and assembly.
Изготовление инструментов и штампов
Быстрорежущие стали, инструментальные стали для холодной обработки и инструментальные стали для горячей обработки поставляются в отожженном состоянии для обработки в штампах, пуансонах и режущих инструментах. Инструментальная сталь, поставляемая с твердостью 217 HB в отожженном состоянии, легко обрабатывается обычным твердосплавным инструментом, тогда как та же сталь в закаленном состоянии (58–65 HRC) требует шлифования или электроэрозионной обработки. Поэтому отжиг является необходимым условием для практического производства инструментов.
Строительство и инфраструктура
Отожженная проволока из мягкой стали широко используется в строительстве для связывания и связывания арматуры, а также для общепроизводственных работ. Мягкость и гибкость отожженной проволоки позволяет легко сгибать и скручивать ее вручную, в отличие от более твердой тянутой проволоки. Холодноформованные конструкционные профили также часто начинаются с отожженной или нормализованной полосы, которую затем подвергают прокатке до окончательной формы без образования трещин.
Нефть и газ
Сосуды под давлением, клапаны и компоненты трубопроводов, используемые в нефтегазовой сфере, часто изготавливаются из стальных поковок, которые подвергаются отжигу в ходе производственного процесса. Отжиг после сварки также является обязательным для многих применений, связанных с высоким давлением, высокой температурой или кислыми средами, где остаточные напряжения могут способствовать коррозионному растрескиванию под напряжением или водородному растрескиванию в рабочих условиях.
Общее производство
Пружины, изделия из проволоки, крепежные детали, прецизионные валы и бесчисленное множество других общестроительных компонентов в качестве отправной точки производятся из отожженной стали. Состояние отжига позволяет формовать, обрабатывать или вытягивать эти детали до их окончательной формы до того, как будет применена необходимая обработка закалкой. Без отжига как этапа обработки многие из этих компонентов было бы невозможно производить экономично.
Печи для отжига и технологическое оборудование
Качество отжига зависит не только от используемого оборудования, но и от заданных параметров процесса. Современные печи отжига представляют собой сложные, точно управляемые системы, предназначенные для обеспечения равномерной термообработки больших партий деталей или непрерывных рулонов полосы.
Периодические печи
Периодические печи, в том числе камерные, ямные и колпаковые, обрабатывают определенную загрузку деталей за один раз. Они хорошо подходят для отжига стальных поковок, механически обработанных деталей или инструментальных сталей, где геометрия детали и размер партии различаются. Колпаковые печи (в которых колпаковая крышка опускается на основание, загруженное рулонной полосой или штабелированными деталями) особенно распространены для отжига рулонной стали в полосовой сталелитейной промышленности. Равномерность температуры внутри загрузки имеет решающее значение и обычно определяется в пределах от плюс-минус 10°C до 15°C по всей загрузке.
Непрерывные печи
Для крупносерийного производства, такого как отжиг катанки после волочения или обработка полосовой стали, печи непрерывного действия позволяют материалу проходить через контролируемый температурный профиль без остановки. Время пребывания при температуре контролируется скоростью линии. Линии непрерывного отжига (CAL) для полосовой стали могут обрабатывать материал со скоростью, превышающей 300 метров в минуту, обеспечивая при этом точные и повторяемые термические циклы. По данным Всемирной ассоциации стали, современные линии непрерывного отжига позволяют снизить потребление энергии на до 30% по сравнению с предыдущими операциями периодического отжига за счет лучшей рекуперации тепла и оптимизации процесса.
Контроль атмосферы
Во многих случаях необходимо контролировать атмосферу печи, чтобы предотвратить окисление или обезуглероживание поверхности стали. Обезуглероживание — потеря углерода из поверхностного слоя — особенно опасна, поскольку она создает мягкую низкоуглеродистую поверхность на более углеродистой стали, что может отрицательно повлиять на усталостную прочность и износостойкость. В контролируемой атмосфере обычно используется эндотермический газ (смесь азота, водорода и монооксида углерода), чистый азот, смеси азота и водорода или чистый водород для поддержания правильного углеродного потенциала на поверхности стали на протяжении всего цикла отжига.
Измерение и контроль температуры
Термопары, встроенные в загрузку, а не только в камеру печи, используются для проверки того, что сама сталь достигает и поддерживает заданный диапазон температур. Для критических компонентов аэрокосмической или автомобильной промышленности необходимо регулярно проверять температуру печи для проверки однородности. Пирометры и инфракрасные датчики все чаще используются для непрерывного мониторинга, особенно в печах непрерывного действия, где контактные термопары непрактичны.
Факторы, влияющие на качество отожженной стали
Даже при правильных параметрах процесса, указанных на бумаге, качество отожженной стали зависит от того, насколько стабильно эти параметры достигаются на практике. Несколько факторов могут вызвать изменения в состоянии отжига, и с ними необходимо тщательно бороться.
- Начальная микроструктура и предварительная обработка: Степень нагарта стали перед отжигом влияет на кинетику рекристаллизации. Сталь, подвергшаяся тяжелой холодной обработке, рекристаллизуется легче и при более низкой температуре, чем легко обработанный материал. Стальные поковки, подвергшиеся неравномерной деформации по поперечному сечению, также могут отжигаться неравномерно.
- Скорость нагрева: Чрезмерно быстрый нагрев может вызвать термический шок в крупных деталях или привести к неравномерности температуры в толстых секциях. Это может привести к неоднородной микроструктуре или даже растрескиванию. Контролируемый поэтапный нагрев — часто с выдержкой при промежуточной температуре — используется для крупных или сложных поковок.
- Температура и время замачивания: Сталь должна достичь заданной температуры по всему поперечному сечению и оставаться там достаточно долго, чтобы микроструктурное преобразование завершилось. Для толстых сечений необходимое время выдержки существенно увеличивается. Общее практическое правило в отрасли — выдерживать один час на дюйм поперечного сечения, хотя это зависит от сплава и загрузки печи.
- Скорость охлаждения: Скорость охлаждения после выдержки является наиболее важной переменной, определяющей окончательную микроструктуру отожженной стали. Слишком высокая скорость охлаждения (например, если дверцы печи открываются преждевременно) может привести к повышению твердости по сравнению с заданной, образованию бейнита или мартенсита и остаточным напряжениям. Необходимо строго соблюдать характеристики скорости охлаждения и сверять их с данными термопары.
- Плотность загрузки и штабелирование деталей: То, как детали загружаются в периодическую печь, влияет на то, как тепло передается каждой детали. Плохо расположенные нагрузки могут привести к перегреву некоторых деталей и недогреву других. Правильное планирование загрузки является важной частью управления процессом качественного отжига.
- Состав сплава: Различные легирующие элементы по-разному влияют на критические температуры и кинетику превращения. Хром, молибден и другие карбидообразующие элементы повышают температуры, необходимые для полного отжига, и замедляют превращение при охлаждении. Для легированных сталей параметры отжига должны быть специально адаптированы к сплаву, а не предполагаться из практики углеродистой стали.
Отожженная сталь в контексте современной технологии штамповки стали
Современные операции по ковке стали становятся все более сложными: ужесточение допусков, более сложная геометрия и высокопроизводительные сплавы расширяют границы достижимого. В этой среде роль отжига изменилась и стала более четко интегрирована в общий производственный процесс.
Ковка и отжиг почти чистой формы
Целью ковки по форме, близкой к заданной, является получение поковки, максимально приближенной к конечной геометрии детали, сводя к минимуму припуски на обработку и отходы материала. Такой подход предъявляет высокие требования к текучести материала при ковке стали. Качество предварительного отжига, включая точный контроль размера зерна, морфологии карбида и твердости, более важно для поковки, близкой к заданной форме, чем для поковок с большим количеством обрабатываемого материала. Любая неоднородность отожженной заготовки напрямую приводит к изменчивости размеров поковки.
Моделирование методом конечных элементов и параметры отжига
Программное обеспечение для анализа методом конечных элементов (FEA) теперь обычно используется для моделирования процессов ковки стали до того, как будет вырезана какая-либо физическая оснастка. Для такого моделирования требуются точные данные о напряжении течения материала в зависимости от температуры и скорости деформации, а значения напряжения течения критически зависят от исходного состояния материала. Инженеры указывают, следует ли материал заготовки подвергать отжигу, нормализации или прокатке, а моделирование использует соответствующую модель материала для прогнозирования течения металла, заполнения матрицы и распределения деформации. Использование точных, хорошо охарактеризованных данных об отожженном материале в моделях FEA может сократить количество итераций методом проб и ошибок при разработке инструментов на 40% и более. , согласно отраслевому опыту, опубликованному в Журнале технологий обработки материалов.
Отжиг усовершенствованных высокопрочных сталей (AHSS)
Усовершенствованные высокопрочные стали, в том числе двухфазные (DP), стали с пластичностью, вызванной трансформацией (TRIP) и закаленные прессом стали, все чаще используются в конструкциях автомобильных кузовов для снижения веса. Циклы отжига этих сталей гораздо сложнее, чем обычных углеродистых сталей. Точный контроль температуры межкритического отжига (между Ac1 и Ac3) необходим для достижения правильного баланса феррита и мартенсита или аустенита в конечной микроструктуре. Для закаленных под давлением сталей заготовка нагревается до аустенитной температуры, подвергается горячей штамповке в охлажденной штампе и закалке в штампе — процесс, который сочетает в себе горячую ковку стали и термическую обработку за один этап.
Экологические и энергетические соображения при отжиге
Отжиг – энергоемкий процесс. Нагрев больших партий стали до 800°C или выше, а затем их медленное охлаждение в течение многих часов требует значительного количества природного газа или электроэнергии. Сталелитейная промышленность находится под растущим давлением необходимости сократить выбросы углекислого газа, а печи отжига являются одними из наиболее значительных потребителей энергии в производственной цепочке. Водородные печи разрабатываются как альтернатива природному газу с более низким уровнем выбросов, а технология регенеративных горелок может рекуперировать тепло из выхлопных газов печи для предварительного нагрева воздуха для горения. снижение расхода топлива на 25–40 % по сравнению с традиционными системами горелок (Источник: Международное энергетическое агентство, «Дорожная карта технологий железа и стали», 2020 г.).
Часто задаваемые вопросы об отожженной стали
Можно ли закалить отожженную сталь после отжига?
Да. Отжиг приводит сталь в самое мягкое и работоспособное состояние, но не меняет ее состав навсегда. После того как отожженная сталь обработана или придана желаемая форма, ее можно закалить путем закалки и отпуска для достижения необходимой конечной твердости и прочности. Это стандартная производственная последовательность для большинства компонентов из конструкционной стали, в том числе изготовленных методом ковки.
Сколько времени занимает отжиг?
Время цикла отжига сильно варьируется в зависимости от типа процесса, размера сечения стали и сплава. Простой процесс отжига тонкой проволоки может занять всего несколько минут в печи непрерывного действия. Полный отжиг крупных поковок из легированной стали в печи периодического действия может занять от 12 до 24 часов и более, включая стадию контролируемого охлаждения. Циклы сфероидизации высокоуглеродистых сталей являются одними из самых продолжительных, иногда требуя от 16 до 30 часов при температуре.
В чем разница между отожженной и холоднотянутой сталью?
Холоднотянутую сталь протягивают через матрицу при комнатной температуре, чтобы уменьшить ее диаметр или поперечное сечение, что увеличивает ее прочность и твердость за счет наклепа, но снижает пластичность. Отожженная сталь, напротив, подвергается термической обработке, чтобы уменьшить нагартование, восстанавливая пластичность и мягкость. Холоднотянутая и отожженная сталь (CDA) относится к материалу, который был подвергнут холодной вытяжке для обеспечения точности размеров, а затем отожжен для восстановления пластичности, сочетая точность размеров холодной вытяжки с обрабатываемостью отжига.
Подходит ли отожженная сталь для конструкционных целей?
Отожженная сталь обычно не используется в конструкциях, где требуется высокая прочность, поскольку она находится в самом мягком и наименее прочном состоянии. Тем не менее, он широко используется в конструкционных применениях, где требуется ударная вязкость, пластичность или свариваемость, а не максимальная прочность, например, конструкционные профили из мягкой стали, пластины сосудов под давлением и трубопроводные стали. После отжига эти материалы можно сваривать с минимальным риском растрескивания зоны термического влияния, что может стать серьезной проблемой для закаленных сталей.
Какие марки стали чаще всего поставляют в отожженном состоянии?
Инструментальные стали (D2, H13, M2, A2) практически повсеместно поставляются в отожженном состоянии, поскольку высокое содержание углерода и сплавов делает их чрезвычайно твердыми в состоянии обработки. Высокоуглеродистые пружинные стали и подшипниковые стали (52100) также обычно поставляются отожженными для этапов холодной штамповки и механической обработки. Проволока качества холодной высадки (CHQ) для производства крепежных изделий в соответствии со стандартом поставляется в состоянии сфероидизации. Многие прутки из легированной стали, используемые в качестве заготовок для ковки стали, также поставляются покупателем в отожженном или нормализованно-отожженном состоянии.
Заключение: почему отжиг остается центральным элементом производства стали
Отжиг — не новый процесс, он практикуется металлистами уже тысячи лет, но его значение в современном производстве стали не уменьшилось. Во всяком случае, растущая сложность марок стали, ужесточение допусков, требуемых конечными пользователями, а также растущее использование многоэтапных способов обработки, включающих холодную и теплую ковку, механическую обработку и закалку стали, сделали точный отжиг более важным, чем когда-либо.
Отожженная сталь по своей сути представляет собой сталь, которой была предоставлена возможность достичь наиболее работоспособного состояния. Это фундамент, на котором строится вся последующая обработка. Без надлежащего отжига экономика ковки стали, холодной штамповки и прецизионной механической обработки будет гораздо менее благоприятной — срок службы инструмента пострадает, процент брака увеличится, а точность размеров, достижимая в готовом компоненте, будет снижена.
Для инженеров, покупателей и руководителей производства, работающих со сталью, понимание отжига — его типов, его влияния на микроструктуру и свойства, его роли в процессах ковки и механической обработки, а также переменных процесса, влияющих на его качество — является важным знанием. Возможность выбрать правильную обработку отжигом для конкретного применения и проверить правильность применения этой обработки отличает детали, которые надежно работают в эксплуатации, от тех, которые преждевременно выходят из строя.
Независимо от того, разрабатываете ли вы процесс холодной ковки стали для крупносерийного производства крепежных изделий, закупаете отожженные прутки для прецизионной обработки или устраняете проблему растрескивания в процессе многоэтапной формовки, принципы, описанные в этой статье, обеспечивают техническую основу, необходимую для принятия более эффективных решений и достижения лучших результатов.
