Отгряването е процес на термична обработка, при който метал или сплав се нагрява до подходяща температура, държи се при тази температура за определен период от време и след това бавно се охлажда, обикновено в пещта. Същността на отгряването е да се нагрее стоманата, за да се аустенизира, последвано от перлитна трансформация, което води до микроструктура, близка до равновесната.
Цели на отгряването:
Намаляване на твърдостта и увеличаване на пластичността:Това прави материала по-лесен за обработка и студена обработка.
Хомогенизирайте състава и структурата:Това усъвършенства размера на зърното и подобрява свойствата на материала или подготвя микроструктурата за закаляване.
Облекчаване на вътрешни напрежения и закаляване при работа:Това помага за предотвратяване на деформация и напукване.
Отгряването и нормализирането се използват предимно като подготвителна топлинна обработка. За части с ниско напрежение и скромни изисквания за производителност, отгряването и нормализирането могат също да послужат като крайна топлинна обработка.
Класификация на методите за отгряване
Общите методи за отгряване се класифицират според температурата на нагряване:
Отгряване над критична температура (Ac1 или Ac3):Това включва пълно отгряване, дифузионно отгряване, непълно отгряване и сфероидизиращо отгряване.
Отгряване под критична температура (Ac1 или Ac3):Това включва рекристализационно отгряване и отгряване за освобождаване на напрежението.
Седем вида методи на отгряване
Пълно отгряване:
Процес:Стоманата се нагрява до 20-30 градуса над Ac3, поддържа се при тази температура и след това бавно се охлажда (обикновено в пещта), за да се постигне микроструктура, близка до равновесната (напълно аустенизирана).
Приложения:Използва се главно за хипоевтектоидни стомани (0.3-0.6% C), включително средно въглеродни стомани и ниско до средно въглеродни легирани стоманени отливки, изковки и горещо валцувани профили. Понякога се използва и за заварки. Стоманите с ниско съдържание на въглерод след пълно отгряване може да имат твърдост, която е твърде ниска за машинна обработка. Нагряването на хиперевтектоидни стомани над Accm и бавното охлаждане може да доведе до утаяване на Fe3CII по границите на зърната, което значително намалява якостта, твърдостта, пластичността и издръжливостта, което може да доведе до потенциални проблеми при крайната термична обработка.
Цел:За усъвършенстване на размера на зърното, хомогенизиране на структурата, облекчаване на вътрешния стрес, намаляване на твърдостта и подобряване на обработваемостта. Микроструктурата след пълно отгряване на хипоевтектоидната стомана е ферит плюс перлит (F+P). На практика, за да се подобри производителността, охлаждането може да бъде спряно при около 500 градуса и материалът може да бъде охладен с въздух.
Изотермично отгряване:
Процес:След аустенизиране стоманата бързо се охлажда до температурата малко под Ar1 и се държи изотермично, докато аустенитът се трансформира в перлит, след което се охлажда на въздух до стайна температура. Този метод значително намалява времето за отгряване.
Приложения: Suitable for steels with stable austenite, such as high carbon steels (C > 0.6%), alloy tool steels, and high alloy steels (with total alloy content >10%). Изотермичното отгряване е полезно за постигане на еднаква микроструктура и свойства. Той обаче не е подходящ за стоманени компоненти с голямо сечение или големи партиди, тъй като е трудно да се осигурят еднакви изотермични условия навсякъде.
Цел:Подобно на пълното отгряване, но с по-контролирани трансформации.
Непълно отгряване:
Процес:Стоманата се нагрява до температура между Ac1 и Ac3 (за хипоевтектоидни стомани) или между Ac1 и Accm (за хиперевтектоидни стомани), задържа се и след това бавно се охлажда, за да се получи почти равновесна микроструктура.
Приложения:Използва се главно за хиперевтектоидни стомани за постигане на сфероидна перлитна структура, която облекчава вътрешното напрежение, намалява твърдостта и подобрява обработваемостта. Сфероидизиращото отгряване е форма на непълно отгряване.
Сфероидизиращо отгряване:
Процес:Стоманата се нагрява до 20-30 градуса над Ac1 и се държи за кратък период, обикновено 2-4 часа, последвано от охлаждане в пещта или продължително изотермично задържане точно под Ar1.
Приложения:Основно за евтектоидни и свръхевтектоидни стомани като въглеродни инструментални стомани, легирани инструментални стомани и лагерни стомани. Целта е да се произведе микроструктура, при която карбидите са сфероидизирани, което води до кълбовиден перлит. Тази структура е по-мека и по-лесна за обработка и по време на последващо охлаждане размерът на аустенитното зърно остава фин, намалявайки тенденцията за деформация и напукване. Ако има мрежа от карбиди в хиперевтектоидната стомана, трябва да се направи нормализиране преди сфероидизиране, за да се осигури успешна сфероидизация.
Цел:За намаляване на твърдостта, хомогенизиране на структурата и подобряване на обработваемостта при подготовката за закаляване. Методите на сфероидизиращо отгряване включват:
Единично сфероидизиращо отгряване:Нагряване на стоманата до 20-30 градуса над Ac1, задържане за подходящ период, след което охлаждане бавно в пещта. Първоначалната структура трябва да бъде фин перлит, без карбидни мрежи.
Изотермично сфероидизиращо отгряване:След нагряване и задържане стоманата се охлажда до малко под Ar1 за изотермично задържане. След като бъде завършена, стоманата се охлажда бавно до около 500 градуса, след което се охлажда с въздух. Този метод има предимствата на кратък цикъл, еднаква сфероидизирана структура и контролируемо качество.
Циклично сфероидизиращо отгряване.
Дифузионно отгряване (хомогенизиращо отгряване):
Процес:Стоманеният блок, отливката или изковката се нагряват до температура малко под солидуса и се задържат за продължителен период от време, последвано от бавно охлаждане, за да се елиминира сегрегацията на химичния състав.
Приложения:Използва се за висококачествени легирани стомани и отливки или слитъци от легирана стомана със значителна сегрегация. След дифузионно отгряване е необходимо пълно отгряване или нормализиране за усъвършенстване на структурата.
Цел:За премахване на дендритната сегрегация и регионалната сегрегация, образувана по време на втвърдяването, постигайки равномерен състав и структура.
Отгряване за облекчаване на напрежението:
Процес:Стоманата се нагрява до температура под Ac1 (обикновено 500-650 градуса), задържа се и след това бавно се охлажда в пещта.
Приложения:Тъй като температурата е под Ac1, този метод на отгряване не причинява микроструктурни промени.
Цел:За премахване на остатъчните вътрешни напрежения.
Рекристализация отгряване:
Процес:Известно също като междинно отгряване, рекристализационното отгряване включва нагряване на студено обработен метал до температура над температурата на прекристализация, задържане за подходящо време и след това бавно охлаждане, за да се облекчи работното втвърдяване и остатъчното напрежение.
Приложения:Този процес се използва, когато металът е претърпял значителна студена пластична деформация и трябва да се нагрее над определена температура, за да се предизвика рекристализация. Най-ниската температура, при която настъпва рекристализация, се нарича минимална температура на рекристализация, обикновено 0.4 пъти точката на топене на материала.
Цел:За елиминиране на работното втвърдяване и остатъчното напрежение чрез трансформиране на деформираните зърна в равномерни равноосни зърна.
Избор на методи за отгряване
Изборът на метод на отгряване обикновено следва следните принципи:
Пълно отгряване:Обикновено се избира за хипоевтектоидни стомани. За намалено време на отгряване може да се използва изотермично отгряване.
Сфероидизиращо отгряване:Обикновено се използва за хиперевтектоидни стомани. Ако изискванията не са строги, може да се избере непълно отгряване. Инструменталните стомани и лагерните стомани често се подлагат на сфероидизиращо отгряване. Понякога ниско или средно въглеродните стомани за студено екструдиране или студено зареждане също са сфероидизирани.
Рекристализация отгряване:Избран за премахване на втвърдяването при работа.
Отгряване за облекчаване на напрежението:Избран за премахване на вътрешни напрежения, причинени от различни етапи на обработка.
Дифузионно отгряване:Често се избира за висококачествени легирани стомани и големи отливки от легирана стомана за подобряване на микроструктурата и химическата еднородност.
