Вы когда-нибудь задумывались, как металлы превращаются из хрупких в податливые? В этой статье вы окунетесь в увлекательный мир отжига и нормализации - двух важнейших процессов термообработки. Вы узнаете, как эти методы улучшают свойства металла, что делает их крайне важными в производстве.
Отжиг - это важнейший процесс термической обработки в металлургии, который включает в себя тщательно контролируемый термический цикл. Процесс состоит из трех основных этапов: медленного нагрева металла до определенной температуры (обычно выше температуры рекристаллизации), поддержания этой температуры в течение заданного периода (выдержки), а затем охлаждения с контролируемой скоростью.
Основные цели отжига многогранны. Он снижает твердость и повышает пластичность, тем самым улучшая обрабатываемость и формуемость. Этот процесс крайне важен для устранения остаточных напряжений, которые могли накопиться в ходе предыдущих производственных операций, таких как формовка или сварка. Отжиг также играет важную роль в стабилизации размеров, минимизации деформации и снижении склонности к образованию трещин при последующей обработке или в процессе эксплуатации.
На микроструктурном уровне отжиг улучшает структуру зерна за счет механизмов рекристаллизации и роста зерна. Он корректирует микроструктуру металла, способствуя фазовым превращениям, гомогенизации состава и устранению структурных дефектов, таких как дислокации и вакансии. Эти микроструктурные изменения существенно влияют на механические свойства металла, его коррозионную стойкость и общие эксплуатационные характеристики.
Конкретные параметры отжига, включая температуру, время выдержки и скорость охлаждения, определяются в зависимости от конкретного металла или сплава и желаемых конечных свойств. Например, полный отжиг, нормализация и отжиг для снятия напряжения - это разновидности данного процесса, каждая из которых предназначена для достижения конкретных результатов в различных материалах и областях применения.
Отжиг - это важнейший процесс термической обработки в металлургии, который включает в себя тщательный нагрев металла до определенной температуры, поддержание ее в течение заданного времени, а затем охлаждение с контролируемой скоростью. Обычно эта скорость медленная, но может быть точно отрегулирована в зависимости от желаемого результата. Этот процесс играет важную роль в изменении микроструктуры и свойств металлов и сплавов.
Основные цели отжига многогранны:
Существуют различные типы процессов отжига, каждый из которых предназначен для достижения определенных металлургических результатов:
На практике отжиг позволяет решать конкретные металлургические задачи:
1) Для снижения твердости и повышения обрабатываемости, улучшения последующих производственных процессов и срока службы инструмента;
2) Для уменьшения остаточных напряжений, стабилизации размеров и снижения склонности к деформации и растрескиванию, тем самым повышая общую структурную целостность и эксплуатационные характеристики детали;
3) Уточнение структуры зерен, корректировка микроструктуры и устранение структурных дефектов, что приводит к улучшению механических свойств и однородности материала.
В промышленном производстве процессы отжига широко используются в различных областях металлообработки. Конкретный метод отжига выбирается в зависимости от желаемых свойств материала и требований к заготовке. Общие спецификации отжига включают:
Выбор процесса отжига имеет решающее значение для оптимизации свойств материала для последующих производственных операций и конечного использования.
Нормализация, также известная как нормализация, - это процесс термической обработки металла, при котором заготовку нагревают до температуры на 30-50°C выше Ac3 или Accm, выдерживают в течение определенного времени, а затем вынимают из печи для охлаждения на воздухе или с помощью водяных брызг, тумана или обдува воздухом.
Ее цель - уточнение размера зерна и гомогенизация распределения карбидов. Нормализация отличается от отжига тем, что скорость охлаждения при нормализации несколько выше, чем при отжиге, что приводит к образованию более мелкой нормализованной структуры и улучшению механических свойств.
Кроме того, нормализация путем охлаждения вне печи не занимает оборудование, что позволяет повысить производительность. Поэтому нормализацию используют в производстве как можно чаще, чтобы заменить отжиг.
1) Для низкоуглеродистой стали твердость после нормализации немного выше, чем после отжига, а вязкость также выше, что делает ее подходящей в качестве предварительной обработки для механической обработки.
2) Для среднеуглеродистой стали он может заменить отпуск в качестве окончательной термической обработки, а также служить в качестве подготовительной обработки для упрочнение поверхности проводимых с помощью индукционного нагрева.
3) Для инструментальной стали, подшипниковая стальПри отжиге стали и науглероживании он может уменьшить или подавить образование сетевых карбидов, что позволяет получить идеальную структуру, необходимую для сфероидизирующего отжига.
4) Для литых стальных деталей он может улучшить структуру отливки и повысить обрабатываемость.
5) Для крупных поковок она может служить в качестве окончательной термической обработки, что позволяет избежать высокой склонности к образованию трещин во время закалки.
6) Для ковкого чугуна он повышает твердость, прочность и износостойкость и используется для производства таких важных компонентов, как коленчатые валы и шатуны в автомобилях, тракторах и дизельных двигателях.
7) Для гиперэвтектоидной стали проведение нормализации перед сфероидизирующим отжигом может устранить вторичный цементит сети, обеспечивая полную сфероидизацию цементита во время сфероидизирующего отжига.
Постнормализационная структура: Структура гипоэвтектоидной стали - F+S, эвтектоидной - S, а гиперэвтектоидной - S + вторичный цементит, причем прерывистый.
Процесс термической обработки металла включает в себя нагрев заготовки до соответствующей температуры (Ac3 или ACcm плюс 30-50°C) (см. Микроструктура стали), а затем охлаждение на воздухе после изоляции. Нормализация применяется в основном для стальных заготовок.
Нормализованная сталь похожа на отожженную, но она остывает немного быстрее и имеет более тонкую структуру. Некоторые стали с очень маленькой критическая скорость охлаждения можно превратить аустенит в мартенсит путем охлаждения на воздухе, но такая обработка не считается нормализацией, а называется закалкой с воздушным охлаждением.
И наоборот, некоторые заготовки большого сечения, изготовленные из стали с большей критической скоростью охлаждения, не могут получить мартенсит даже если они закалены в воде, а эффект закалки близок к нормализации.
Сайт твёрдость стали после нормализации выше, чем после отжига.
При нормализации нет необходимости охлаждать заготовку в печи, как при отжиге, что экономит время работы печи, повышает эффективность производства и поэтому обычно заменяется нормализацией, насколько это возможно в производстве.
Для низкоуглеродистой стали с содержанием углерода менее 0,25% твердость, достигаемая после нормализации, является умеренной, что более благоприятно для резки, чем отжиг, и обычно нормализация используется для подготовки к резке.
Для среднеуглеродистой стали с содержание углерода 0,25-0,5%, он также может отвечать требованиям резки после нормализации.
Для легких деталей, изготовленных из этого тип сталиНормализация также может служить в качестве окончательной термической обработки.
Нормализация высокоуглеродистой инструментальной и подшипниковой стали проводится для устранения сетевых карбидов в структуре и подготовки структуры к сфероидизирующему отжигу.
Процесс термической обработки стальных деталей - нормализация
Термическая обработка стали подразделяется на два основных вида: объемная термическая обработка и поверхностная термическая обработка.
Термическая обработка сыпучих материалов включает в себя такие процессы, как отжиг, нормализация, закалка и отпуск, а термическая обработка поверхности включает в себя поверхностную закалку и термохимическую обработку.
Нормализация - это критический процесс термической обработки, при котором стальные детали нагреваются до температуры на 30-50°C выше их верхней критической точки (Ac3 для гипоэвтектоидных сталей или Acm для гиперэвтектоидных сталей), выдерживаются при этой температуре в течение определенного времени для обеспечения полной аустенизации, а затем охлаждаются на неподвижном воздухе при комнатной температуре.
Основными целями нормализации являются уточнение зерновой структуры, гомогенизация микроструктуры, устранение внутренних напряжений и улучшение механических свойств стали. Этот процесс направлен на достижение практически равновесной микроструктуры, обычно состоящей из мелкозернистого перлита и феррита в гипоэвтектоидных сталях или перлита и цементита в гиперэвтектоидных сталях.
По сравнению с отжигом нормализация предполагает несколько более высокую скорость охлаждения, что приводит к сокращению общего цикла термообработки. Такое ускоренное охлаждение приводит к формированию более мелкозернистой структуры и несколько более высокой прочности и твердости по сравнению с отожженной сталью.
Благодаря своей эффективности и благоприятным механическим свойствам нормализация часто предпочтительнее отжига, когда оба процесса могут удовлетворить требуемые характеристики. Средне- и низкоуглеродистые стали, особенно те, которые используются в качестве сырья для дальнейшей обработки, обычно подвергаются нормализационной термообработке.
В отличие от этого, заготовки из легированной стали общего назначения часто подвергаются отжигу. Нормализация этих легированных сталей может привести к повышению твердости из-за более высокой скорости охлаждения, что может затруднить последующие операции механической обработки. Выбор между нормализацией и отжигом для легированных сталей зависит от конкретного состава сплава, желаемой микроструктуры и назначения конечного продукта.
Процесс термообработки включает в себя нагрев заготовки до соответствующей температуры, поддержание этой температуры в течение определенного времени, а затем извлечение из печи для охлаждения на открытом воздухе.
Разница между нормализацией и отжигом заключается в том, что скорость охлаждения при нормализации немного выше, чем при отжиге, что приводит к образованию более тонкой структуры при нормализации, чем при отжиге, и тем самым улучшает механические свойства.
Кроме того, нормализующее охлаждение вне печи не занимает оборудование, что позволяет повысить производительность. Поэтому нормализацию используют в производстве как можно чаще, чтобы заменить отжиг. Основные области применения нормализации включают:
1. Для низкоуглеродистой стали твердость после нормализации немного выше, чем после отжига, с лучшей вязкостью, служит в качестве предварительной обработки для резки.
2. Для среднеуглеродистой стали она может заменить закалку в качестве окончательной термической обработки или служить в качестве подготовительной обработки перед поверхностной закалкой с использованием индукционного нагрева.
3. Для инструментальной стали, подшипниковой стали и науглероженной стали он может уменьшить или подавить образование чистых карбидов, тем самым получая хорошую структуру, необходимую для сфероидизирующего отжига.
4. Для литых стальных деталей она может улучшить структуру отливки и повысить обрабатываемость.
5. Для крупных поковок она может служить в качестве окончательной термической обработки, что позволяет избежать большей склонности к образованию трещин при закалке.
6. Для ковкого чугуна он позволяет повысить твердость, прочность и износостойкость, что делает его пригодным для производства важных деталей автомобилей, тракторов, дизельных двигателей, таких как коленчатые валы и шатуны.
Основное различие между отжигом и нормализацией заключается в скорости охлаждения: при нормализации скорость охлаждения выше, что приводит к образованию более мелкой перлитной структуры. Таким образом, для одной и той же стали нормализация дает более высокую прочность и твердость чем отжиг.
Выбор между отжигом и нормализацией должен основываться на конкретных ситуациях, как правило, учитывая три аспекта:
1) Для улучшения обрабатываемости низкоуглеродистая сталь должна быть нормализована. Среднеуглеродистая сталь с содержанием углерода от 0,25% до 0,45% может быть либо отожжена, либо нормализована. Высокоуглеродистая сталь с содержанием углерода от 0,45% до 0,77% должны быть полностью отожжены, а гиперэвтектоидная сталь должна быть подвергнута сфероидизирующему отжигу. (Низко- и среднеуглеродистая конструкционная сталь - нормализация, средне- и высокоуглеродистая конструкционная сталь - полный отжиг, легированная инструментальная сталь - сфероидизирующий отжиг)
2) Возможность термической обработки; детали сложной формы, большого размера или важные детали должны быть отожжены. Поскольку отжиг остывает медленно, внутреннее напряжение сводится к минимуму, а вероятность деформации или растрескивания заготовки снижается. Нормализацию можно использовать для деталей общего назначения.
3) Стоимость обработки; нормализация менее затратна, чем отжиг. Чтобы снизить затраты и повысить эффективность производства, нормализацию следует использовать как можно чаще, обеспечивая при этом качество.
Таблица процессов отжига и закалки
| Имя процесса | Цель | Область применения | Примечание |
| Полный отжиг | (1) Уточните структуру зерна. (2) Устраните Видманштеттен и полосатые структуры. (3) Снижение твердости и повышение пластичности для улучшения обрабатываемости. (4) Смягчение внутреннего напряжения. (5) Для отливок удалите крупные зерна, чтобы улучшить ударную вязкость, пластичность и прочность. | (1) Для мелких и средних отливок, поковок и горячекатаной стали из гипоэвтектоидной стали. (2) Для предварительной термообработки гипоэвтектоидной стали. | (1) Использование в гиперэвтектоидной стали не рекомендуется, так как это приводит к образованию сеткообразных карбидов, что снижает вязкость материала. (2) Для крупных отливок и поковок применяется полный отжиг; однако из-за воздействия напряжений могут возникнуть деформации и трещины, что требует быстрого снятия напряжений. |
| Неполный отжиг | (1) Снижение твердости, повышение пластичности и улучшение обрабатываемости. (2) Устраните внутреннее напряжение. (3) Достичь сфероидизированного перлита. | (1) Гиперэвтектоидные стали, характеризующиеся несетевой карбидной структурой, редко используются для гипоэвтектоидных сталей. (2) Предварительная термическая обработка применяется для высокоуглеродистых сталей и подшипниковых сталей. | Если в гиперэвтектоидной стали имеются сетевые карбиды, ее необходимо сначала нормализовать, а затем подвергнуть неполному отжигу. |
| Сфероидизирующий отжиг | (1) Получение сфероидизированного перлита и устранение незначительных сетевых структур в гиперэвтектоидной стали. (2) Снижение твердости, повышение пластичности и прочности. (3) Улучшить обрабатываемость. (4) Служит в качестве подготовительной термической обработки перед закалкой. | Этот процесс используется для улучшения структуры углеродистой инструментальной стали, легированной инструментальной стали и подшипниковой стали с ωc более 0,65%. Он улучшает их обрабатываемость и подготавливает структуру к окончательной термической обработке, обеспечивая тем самым превосходные эксплуатационные характеристики. | Сфероидизирующий отжиг является частным случаем и прогрессией неполного отжига. |
| Изотермический отжиг | (1) Использование изотермического отжига приводит к образованию однородной перлитной структуры благодаря постоянному температурному распаду аустенитособенно для деталей с большим поперечным сечением. Это обеспечивает стабильные механические свойства. (2) Изотермический отжиг позволяет стали, которую трудно превратить в перлит с помощью обычных методов отжига, достичь перлитной структуры. Это облегчает механическую обработку и сокращает производственный цикл. | (1) Изотермический отжиг, широко распространенный в производстве благодаря своему назначению, особенно часто используется для гипоэвтектоидной и эвтектоидной стали. (2) Отжиг легированной стали почти полностью заменен изотермическим отжигом, в отличие от традиционно используемого полного отжига. | Размер зерна и твердость, полученные при разных изотермических температурах, различаются. При более высоких изотермических температурах зерно более крупное, а твердость ниже. И наоборот, при более низких температурах зерно становится мельче, а твердость выше. |
| Диффузионный отжиг | Устранение дендритной сегрегации в слитках и отливках для унификации состава и структуры, что повышает производительность и облегчает операции обработки. | (1) В основном используется для литья слитков и крупных литых деталей. (2) Для поковок из высоколегированной стали применяется диффузионный отжиг для подготовки микроструктуры к последующей термообработке и механической обработке. | Из-за длительного производственного цикла и значительного расхода электроэнергии или топлива при диффузионном отжиге детали с менее строгими требованиями обычно не подвергаются этому процессу. |
| Рекристаллизационный отжиг | (1) Металлы, подвергшиеся холодной деформации, могут быть избавлены от закалки путем рекристаллизационного отжига. Этот процесс устраняет внутренние напряжения, снижает твердость и повышает пластичность, облегчая тем самым дальнейшую механическую обработку. (2) После горячей обработки, из-за быстрого охлаждения, рекристаллизация не завершается, что приводит к высоким внутренним напряжениям и твердости, что требует отжига для рекристаллизации. | (1) Используется для восстановления структуры и характеристик до холодной деформации (например, холодная прокатка, холодное волочение и холодная штамповка деталей) при устранении внутреннего напряжения. (2) Используется в качестве промежуточной операции при холодной деформации для облегчения дальнейшей обработки. | Когда стальные детали подвергаются неравномерной холодной деформации или критической деформации в диапазоне от 5% до 15%, проведение рекристаллизационного отжига может легко привести к образованию крупнозернистой структуры. |
| Отжиг для снятия напряжения | (1) Устранение внутренних напряжений и стабилизация размеров для уменьшения деформации при обработке и использовании. (2) Низкая твердость для облегчения резки и обработки. | (1) Используется для литых и кованых деталей, таких как рамы кроватей, блоки двигателей и корпуса коробок передач. (2) Используется для высоколегированной стали, в основном для снижения твердости и улучшения обрабатываемости. (3) Для высокоточных деталей, чтобы устранить напряжение после обработки и стабилизировать размеры, в течение длительного периода времени поддерживается более низкая температура (200-400℃). | (1) Для больших заготовок и при значительной нагрузке на печь следует соответственно увеличить время изоляции. (2) При снятии напряжения со стандартных отливок, чтобы предотвратить снижение прочности из-за вторичной графитизации, температура нагрева не должна превышать 600℃. |
| Высокотемпературный отжиг | Устраняет белый рот и свободный цементит, разлагает цементит для улучшения обрабатываемости, повышает пластичность и вязкость. | Используется для деталей из серого чугуна и ковкого чугуна (при наличии белого устья). | Как правило, ковкий чугун не используется. |
| Маллеабилизирующий отжиг | В результате разложения цементита получается чешуйчатый графит, который значительно повышает прочность и пластичность. | Используется для преобразования белого чугуна в ковкий чугун. | В процессе охлаждения при отжиге, если воздушное охлаждение происходит до достижения 650°C, материал сохраняет хорошую вязкость. Однако при охлаждении в печи может возникнуть хрупкость. |
| Высокотемпературный графитизирующий отжиг | Устранение свободного цементита в структуре отливки, улучшение обрабатываемости, снижение хрупкости и улучшение механических свойств. | Обычно используется для ковкого чугуна (когда некоторое количество свободного цементита вызывает белый рот). | При постепенном снижении температуры в диапазоне от 600 до 400 градусов Цельсия во время охлаждения появляется хрупкость. Поэтому после поддержания температуры отжига печь следует охладить примерно до 600 градусов Цельсия и сразу же убрать для воздушного охлаждения. |
| Низкотемпературный графитизирующий отжиг | Для получения ковкого чугуна с высокопрочной ферритной матрицей. | Часто используется для ковкого чугуна (когда в структуре отливки присутствует только перлит, а свободный цементит отсутствует). | Если присутствие перлита в структуре основы не допускается, продолжительность сохранения тепла должна быть соответствующим образом увеличена, в противном случае она может быть немного сокращена. |
| Низкотемпературный отжиг | Уменьшают хрупкость отливок, повышают обрабатываемость и вязкость. | Обычно используется для серый чугун и ковкий чугун (когда цементит не появляется, а присутствует только перлит). | Если в отлитой структуре присутствует свободный цементит, вместо него используется высокотемпературный отжиг. |
| Нормализация | (1) Повышение твердости низкоуглеродистой стали для улучшения ее обрабатываемости. (2) Уточнение зерновой структуры (например, устранение структуры Видманштеттена, полосчатости, крупных ферритных зерен и карбидов в виде сетей) для подготовки к окончательной термообработке. (3) Снимает внутреннее напряжение, повышая производительность низкоуглеродистой стали, что является предпосылкой для окончательной термической обработки. | (1) В основном используется для низкоуглеродистой стали, среднеуглеродистой стали и низколегированной стали. Высокоуглеродистая сталь и высоколегированная сталь углеродистая легированная сталь обычно не используются, за исключением случаев наличия сетчатых карбидов, так как эти материалы после нормализации подвергаются мартенситному превращению. (2) Применяется для закалки ремонтных деталей, эта технология уменьшает внутреннее напряжение и улучшает структуру для предотвращения деформации и растрескивания при повторной закалке. | По сравнению с отжигом нормализация имеет более короткий производственный цикл и более высокую степень использования оборудования. Кроме того, она может повысить механические свойства стали. Поэтому в зависимости от материала и технических требований в некоторых случаях нормализация может быть использована вместо отжига. |
| Высокотемпературная нормализация | Повышение однородности структуры, улучшение обрабатываемости, повышение прочности, твердости и износостойкости, а также устранение белых уступов и свободных карбидов. | В основном используется для изготовления деталей из ковкого чугуна, требующих высокой прочности и отличной износостойкости. | Если в структуре отливки присутствует свободный цементит, температура отжига должна быть установлена на верхнем пределе. Отливки с высоким содержанием кремния следует охлаждать быстрее, чтобы предотвратить графитизацию. |
| Низкотемпературная нормализация | Обладает превосходной прочностью, вязкостью и пластичностью. | В основном используется для деталей из ковкого чугуна, где требуется высокая прочность и вязкость, но требования к износостойкости не особенно высоки. | В процессе использования местного чугуна для литья ковкого чугуна сложно обеспечить достаточную пластичность и вязкость из-за высокого содержания серы и фосфора. Использование низкотемпературного отжига может эффективно компенсировать недостаток пластичности и вязкости, вызванный этой проблемой. |
Как основатель MachineMFG, я посвятил более десяти лет своей карьеры металлообрабатывающей промышленности. Мой обширный опыт позволил мне стать экспертом в области производства листового металла, механической обработки, машиностроения и станков для обработки металлов. Я постоянно думаю, читаю и пишу об этих предметах, постоянно стремясь оставаться на переднем крае своей области. Позвольте моим знаниям и опыту стать преимуществом для вашего бизнеса.
RU 
EN 
AR 
DE 
ES 
FR 
IT 
JA 
NL 
PT 
PT_BR 
KO