Отжиг 1 и 2 рода

Отжиг – это термическая обработка металлов, направленная на изменение структуры сплава для улучшения механических свойств. В зависимости от температуры и времени выдержки различают отжиг первого и второго рода. Каждый вид применяется для конкретных задач, и выбор метода зависит от требуемого результата.

Отжиг первого рода (рекристаллизационный) проводят при температурах ниже критической точки. Он устраняет наклеп, снимает внутренние напряжения и подготавливает металл к дальнейшей обработке. Например, после холодной прокатки стали такой отжиг восстанавливает пластичность без значительного изменения твердости.

Отжиг второго рода (фазовой перекристаллизации) требует нагрева выше критической температуры. В этом случае происходит полная перестройка кристаллической решетки, что приводит к образованию новой структуры. Такой метод используют для измельчения зерна, улучшения обрабатываемости или снятия структурной неоднородности в литых заготовках.

Основное различие между видами отжига – температурный режим и механизм изменения структуры. Первый род работает за счет возврата и рекристаллизации, второй – за счет фазовых превращений. Выбор метода зависит от марки металла, его состояния и требуемых характеристик после обработки.

Физические основы отжига 1 и 2 рода

Отжиг 1 рода устраняет напряжения в кристаллической решётке без изменения фазового состава. Нагрев до температур ниже критической точки (Ac₁) позволяет сохранить исходную структуру, но снижает внутренние деформации. Например, для низкоуглеродистой стали достаточно 550–650°C.

Механизмы отжига 1 рода

Процесс основан на возврате – перераспределении дислокаций при умеренном нагреве. Время выдержки зависит от толщины изделия: 1–2 часа на 25 мм сечения. Охлаждение проводят медленно (30–50°C/час) для предотвращения новых напряжений.

Особенности отжига 2 рода

Отжиг 2 рода изменяет фазовый состав через полную перекристаллизацию. Нагрев выше Ac₃ (для стали – 720–950°C) вызывает образование аустенита. Последующее медленное охлаждение (10–20°C/час) обеспечивает распад на феррит и перлит.

Ключевое различие – температурный диапазон. Отжиг 2 рода требует пересечения критических точек, что приводит к образованию новых зерён. Для инструментальных сталей используют изотермический отжиг: выдержку при 680°C после аустенизации ускоряет распад.

Основные виды отжига 1 рода и их применение

Диффузионный отжиг

Применяют для выравнивания химического состава в крупных отливках или слитках. Нагрев до 1100–1200°C ускоряет диффузию примесей, устраняя ликвацию. После обработки обязательна медленная печная охлаждение со скоростью 30–50°C/час.

Рекристаллизационный отжиг

Восстанавливает пластичность деформированных металлов (медь, алюминий, низкоуглеродистые стали). Температура составляет 0.4–0.6 от точки плавления. Для стали 08кп – 680–720°C, для латуни Л63 – 500–550°C. Выдержка 1–2 часа с последующим воздушным охлаждением.

Гомогенизирующий отжиг снижает внутренние напряжения в цветных сплавах. Например, для алюминиевых сплавов АМг6 используют 450–480°C в течение 12–24 часов. Охлаждение в печи до 200°C предотвращает образование новых напряжений.

Ключевые типы отжига 2 рода и их особенности

Изотермический отжиг применяют для стабилизации структуры сплавов. Нагрев проводят до температур выше критических точек, затем быстро охлаждают до заданного уровня и выдерживают до завершения превращений. Метод сокращает время обработки и снижает риск деформаций.

Рекристаллизационный отжиг устраняет наклёп после холодной пластической деформации. Температуру подбирают ниже точки фазовых превращений, но достаточную для образования новых зёрен. Особенно эффективен для низкоуглеродистых сталей и цветных металлов.

Диффузионный отжиг выравнивает химическую неоднородность в литых сплавах. Нагрев до 1100–1200°C с длительной выдержкой ускоряет перемещение атомов. После обработки обязателен смягчающий отжиг для снижения твёрдости.

Сфероидизирующий отжиг преобразует цементит в пластинчатых перлитах в округлые частицы. Режимы зависят от состава стали: для инструментальных сплавов используют циклический нагрев, для конструкционных – изотермическую выдержку при 700°C.

Выбор метода зависит от марки материала и требуемых свойств. Для высокоуглеродистых сталей предпочтителен сфероидизирующий отжиг, а для устранения внутренних напряжений в холоднокатаных листах – рекристаллизационный.

Сравнение температурных режимов для разных видов отжига

Отжиг 1 рода

Температурный режим при отжиге 1 рода зависит от состава сплава и требуемых свойств. Для углеродистых сталей нагрев проводят до 680–750°C, выдерживают 1–3 часа, затем медленно охлаждают (30–50°C/ч). Медные сплавы обрабатывают при 500–700°C с охлаждением на воздухе.

Отжиг 2 рода

При отжиге 2 рода ключевое значение имеет фазовая перекристаллизация. Для доэвтектоидных сталей нагрев ведут до Ac₃ + 20–30°C, для заэвтектоидных – Ac₁ + 10–20°C. Изотермический отжиг требует точного контроля: например, для стали 40Х температура выдержки составляет 620–650°C в течение 4–6 часов.

Рекомендация: перед выбором режима проверьте диаграмму состояния сплава. Для инструментальных сталей используйте двухступенчатый отжиг с промежуточным охлаждением до 500°C.

Влияние отжига на структуру и свойства металлов

Отжиг 1 рода устраняет остаточные напряжения без изменения структуры, а отжиг 2 рода модифицирует фазы и зерна, улучшая механические свойства.

• Снижение твердости: после полного отжига твердость углеродистой стали уменьшается на 15–20% из-за роста зерен феррита и перлита.
• Повышение пластичности: низкоуглеродистые стали увеличивают относительное удлинение на 30–50% после рекристаллизационного отжига.
• Устранение неоднородности: диффузионный отжиг выравнивает химический состав в литых сплавах, снижая риск трещин.

Для легированных сталей изотермический отжиг при 650–700°C сокращает время обработки в 2 раза по сравнению с традиционным методом.

1. Выбор температуры: для доэвтектоидных сталей нагревайте на 30–50°C выше точки Ac₃, для заэвтектоидных – выше Ac₁.
2. Контроль скорости охлаждения: медленное охлаждение (50–100°C/час) предотвращает образование мартенсита.
3. Охлаждение в печи: снижает остаточные напряжения лучше, чем на воздухе.

После сфероидизирующего отжига твердость инструментальных сталей падает до 180–220 HB, что облегчает механическую обработку.

Практические рекомендации по выбору типа отжига

Выбирайте отжиг 1 рода, если нужно снять внутренние напряжения в металле без изменения структуры. Этот метод подходит для низкоуглеродистых сталей и деталей, подвергшихся холодной обработке. Температура нагрева обычно составляет 600–700°C, с последующим медленным охлаждением.

Когда применять отжиг 2 рода

Используйте отжиг 2 рода, если требуется изменить структуру сплава для улучшения механических свойств. Например, для доэвтектоидных сталей применяйте полный отжиг при температуре на 30–50°C выше точки Ac₃. Для заэвтектоидных сталей оптимален изотермический отжиг при 740–780°C с выдержкой и ускоренным охлаждением.

Для алюминиевых сплавов выбирайте рекристаллизационный отжиг при 350–450°C. Это устранит наклёп после холодной деформации. Медные сплавы обрабатывайте при 500–700°C в зависимости от состава.

Критерии выбора

Ориентируйтесь на три параметра: состав сплава, требуемые свойства и экономическую целесообразность. Для массового производства углеродистых сталей часто используют непрерывный отжиг в колпаковых печах. Для сложных деталей из легированных сталей предпочтителен изотермический отжиг – он сокращает время обработки на 20–30%.

Проверяйте твёрдость после отжига. Для стали 45 ожидайте 160–180 HB после полного отжига. Если результат не достигнут, скорректируйте температуру или время выдержки.