В зависимости от исходного состояния стали и температуры его выполнения, отжиг первого рода может включать процессы гомогенизации, рекристаллизации и снятия остаточных напряжений. Важной особенностью этого вида отжига является то, что эти процессы происходят независимо от того, протекают ли в сплавах при этой обработке фазовые превращения. Таким образом, отжиг первого рода может проводиться при температурах выше или ниже температур фазовых превращений.
Этот вид обработки в определенной степени снижает химическую или физическую неоднородность, вызванную предыдущими процессами обработки, в зависимости от условий температуры.
Для слитков легированной стали применяют диффузионный отжиг или гомогенизацию. Целью этой обработки является уменьшение дендритной или внутрикристаллической ликвации, которая повышает склонность стали к хрупкому излому, анизотропии свойств и образованию дефектов, таких как шиферность (слоистый излом) и флокены (тонкие внутренние трещины, видимые в виде белых овальных пятен в изломе). Диффузионный отжиг также способствует более равномерному распределению неметаллических включений за счет их частичного растворения и коагуляции.
Дендритная ликвация снижает пластичность и вязкость легированной стали. Поэтому гомогенизации подвергаются не только слитки, но и крупные отливки. Нагрев при диффузионном отжиге должен быть достаточно высоким - в диапазоне от 1100 до 1200 °C, чтобы обеспечить полное протекание диффузионных процессов, необходимых для выравнивания состава стали в отдельных объемах стали.
Общая продолжительность процесса диффузионного отжига (нагрев, выдержка и медленное охлаждение) больших садок металла составляет от 50 до 100 часов и даже более, в зависимости от состава стали и массы садки. Выдержка, которая является одной из стадий данного процесса, длится от 8 до 20 часов. В начальный период отжига гомогенизация протекает наиболее интенсивно, так как по мере выравнивания состава сплава градиент концентрации dC/dx уменьшается. Из этого следует, что чрезмерно длительные выдержки при отжиге неэффективны. Для сокращения продолжительности процесса и уменьшения расхода топлива в печь загружают горячие слитки, сразу после разливки.
В результате диффузионного отжига формируется крупное зерно, однако этот недостаток может быть устранен путем последующей обработки слитка давлением. Для удаления поверхностных дефектов механической обработкой слитков после отжига иногда подвергают отпуску при температуре 670—680 °С в течение 1—16 часов, что способствует снижению их твердости. Фасонные отливки после гомогенизации подвергают полному отжигу или нормализации для измельчения зерна и улучшения свойств.
Рекристаллизационный отжиг представляет собой процесс нагрева холоднодеформированной стали до температуры выше точки рекристаллизации, выдержки при этой температуре и последующим охлаждением. Главная цель этого вида отжига заключается в удалении наклепа и повышении пластичности металла. Рекристаллизационный отжиг применяется перед проведением холодной обработки давлением и может также использоваться как промежуточная операция для снятия наклепа между операциями холодной деформации. В некоторых случаях рекристаллизационный отжиг выполняется как окончательная термическая обработка.
Температура рекристаллизационного отжига стали зависит от ее состава и обычно находится в пределах 650—760 °С.
Увеличение содержания углерода и легирующих элементов в стали способствует повышению температуры рекристаллизации. Для достижения рекристаллизации по всему объему и сокращения времени процесса разупрочнения, температура отжига превышает температуру порога рекристаллизации.
Низкоуглеродистая (0,08—0,20 % C) листовая сталь, используемая в холодной штамповке, требует отжига при температуре 680—700 °С в течение 8—12 часов. После отжига лист имеет структуру в виде овальных или округлых зерен феррита, размером 5—8 балла.
Для отжига калиброванных прутков из высокоуглеродистой легированной стали (хромистой, хромокремнистой и других) производят нагрев на температуру
730 °С продолжительность нагрева составляет от 0,5 до 1,5 часов.
Отжиг стали также может приводить к коагуляции и сфероидизации цементита, что повышает ее пластичность и упрощает холодную обработку давлением (глубокую вытяжку). В качестве объекта для рекристаллизационного отжига часто выбирают электротехнические, нержавеющие и другие виды сталей.
Другой вид отжига — отжиг для снятия остаточных напряжений. Он широко применяется для отливок, сварных изделий, деталей после обработки резанием и других случаев, когда из-за неравномерного охлаждения или пластической деформации возникают остаточные напряжения. Остаточные напряжения могут вызвать изменение размеров, коробление и подводку изделия в процессе его обработки (например, резанием), эксплуатации или хранения. Для снятия этих напряжений проводят отжиг при температуре от 160 до 700 °C, с последующим медленным охлаждением.
Так, в процессе производства многих деталей прецизионных станков (ходовые винты, высоконапряженные зубчатые колеса, червяки и другие) нередко проводят отжиг (отпуск). Такая термическая обработка осуществляется при температуре 570—600 °C в течение 2—3 часов после основной механической обработки и при 160—180 °C в течение 2—2,5 часов после окончательной механической обработки для снятия шлифовочных напряжений.
Для снятия сварочных напряжений производят отжиг при температуре
650—700 °C. Остаточные напряжения также могут быть сняты при проведении других видов отжига, таких как рекристаллизационный или с фазовой перекристаллизацией, а также при отпуске, например, высоко закаленной стали.
Источник: "Металловедение и термическая обработка металлов" М.Ю. Лахтин.
