?
«ВМС»металлообработка
и инструмент
Время в Москве: --:--[email protected]
ул. Электродная, д. 9, стр. 2
Главная » Статьи » Термическая обработка » Отжиг и нормализация: подготовка металла к обработке

Отжиг и нормализация: подготовка металла к обработке

Рубрика: Термическая обработка

Отжиг и нормализация редко указываются в чертеже как отдельные требования, но от них во многом зависит, насколько легко заготовка будет обрабатываться резанием, как поведет себя деталь при закалке и сколько будет брака на последних операциях. Это подготовительные виды термической обработки: они устраняют последствия литья, ковки, проката и сварки, выравнивают структуру, снимают напряжения и снижают твердость. В статье разбираем, какие бывают виды отжига, чем от них отличается нормализация и как подобрать режим под задачу.

Зачем нужна подготовительная термообработка

Металл, поступающий на производство, редко находится в оптимальном состоянии. Горячекатаный пруток может иметь неравномерную структуру и повышенную твердость, поковка — крупное зерно и полосчатость, отливка — дендритную ликвацию, сварной узел — высокие остаточные напряжения. Если сразу направить такую заготовку в механическую обработку и закалку, возникнут проблемы:

Отжиг и нормализация решают эти задачи до того, как в деталь вложены основные трудозатраты.

Основные виды отжига

Отжиг — нагрев металла до определенной температуры, выдержка и медленное охлаждение, как правило вместе с печью. Различают отжиги с фазовой перекристаллизацией и без нее.

Полный отжиг

Применяется для доэвтектоидных сталей: нагрев на 30–50 °C выше Ac3, выдержка для полного прогрева и медленное охлаждение со скоростью 50–100 °C в час до 500–600 °C, далее на воздухе. Структура полностью перекристаллизуется, зерно измельчается, твердость снижается. Используется для поковок, проката с крупным зерном, отливок, а также для исправления перегрева после неудачной закалки.

Неполный отжиг

Нагрев между Ac1 и Ac3 для доэвтектоидных сталей или выше Ac1 для заэвтектоидных. Перекристаллизуется только перлитная составляющая. Метод экономичнее полного и используется, когда исходное зерно не крупное, а цель — снизить твердость и снять напряжения.

Сфероидизирующий отжиг

Основной вид подготовительной обработки инструментальных и подшипниковых сталей — У8–У12, ШХ15, 9ХС, ХВГ, Х12МФ. Нагрев немного выше Ac1 с длительной выдержкой или маятниковыми колебаниями температуры вокруг этой точки. Пластинчатый цементит превращается в зернистый (сфероидизированный). Сталь со структурой зернистого перлита имеет минимальную твердость, отлично обрабатывается резанием и равномерно закаливается без перегрева.

Изотермический отжиг

Сталь аустенитизируют, затем быстро переносят в печь с температурой ниже Ac1 и выдерживают до полного распада аустенита. Процесс короче полного отжига и дает более однородную структуру. Широко применяется для легированных сталей и поковок, например 18ХГТ, 20ХН3А, 40ХН.

Диффузионный отжиг (гомогенизация)

Высокотемпературный нагрев до 1050–1200 °C с длительной выдержкой для выравнивания химического состава в крупных отливках и слитках легированной стали. После него обычно требуется полный отжиг или нормализация для измельчения зерна.

Рекристаллизационный отжиг

Нагрев холоднодеформированного металла выше температуры рекристаллизации — для стали обычно 650–700 °C. Снимает наклеп, восстанавливает пластичность. Применяется между операциями холодной вытяжки, гибки, высадки, а также для листа и проволоки.

Отжиг для снятия напряжений

Нагрев до 550–650 °C без фазовых превращений, выдержка и медленное охлаждение. Устраняет остаточные напряжения после сварки, правки, черновой механической обработки. Особенно важен для крупных сварных корпусов, станин, плит и точных деталей, которые иначе деформируются при чистовой обработке или в эксплуатации.

Нормализация: что это и чем отличается от отжига

Нормализация — нагрев стали на 30–50 °C выше Ac3 (для заэвтектоидных — выше Acm), выдержка и охлаждение на спокойном воздухе. Охлаждение быстрее, чем при отжиге, поэтому образуется более мелкодисперсная перлитная структура, а твердость и прочность получаются несколько выше.

Задачи нормализации

Важно. Нормализация дешевле отжига, так как деталь не занимает печь во время охлаждения. Если для конкретной марки стали она обеспечивает нужные твердость и структуру, выбирать стоит именно ее. Для среднеуглеродистых легированных сталей нормализация может дать слишком высокую твердость, и тогда после нее назначают высокий отпуск.

Сравнение режимов

ОперацияТемпература нагреваОхлаждениеРезультат
Полный отжигAc3 + 30–50 °CС печьюМелкое зерно, минимальная твердость
Неполный отжигAc1–Ac3С печьюСнижение твердости, снятие напряжений
Сфероидизирующий отжигAc1 + 10–30 °C, длительноМедленно до 600 °CЗернистый перлит, лучшая обрабатываемость
Изотермический отжигAc3 + 30–50 °C, затем ниже Ac1Выдержка, затем воздухОднородная структура, короче цикл
Рекристаллизационный650–700 °CВоздух или с печьюСнятие наклепа
Снятие напряжений550–650 °CМедленноСнижение остаточных напряжений
НормализацияAc3 (Acm) + 30–50 °CСпокойный воздухМелкодисперсный перлит, измельчение зерна

Ориентировочная твердость после подготовительной обработки

Для технолога механического участка важна твердость заготовки, от которой зависят режимы резания и выбор инструмента. Ниже — типичные значения.

МаркаОбработкаТвердость, HB
20Нормализация130–160
45Отжиг / нормализация170–200 / 190–230
40ХОтжиг180–210
У10АСфероидизирующий отжигне более 197
ШХ15Сфероидизирующий отжиг179–207
9ХССфероидизирующий отжиг197–241
Х12МФИзотермический отжиг207–255
Р6М5Изотермический отжигне более 255
Заготовки из стали перед отжигом и нормализацией

Где отжиг и нормализация стоят в технологической цепочке

1

Заготовка

Прокат, поковка, отливка или сварной узел поступает на производство. Проверяется исходная твердость и, при необходимости, структура.

2

Подготовительная термообработка

Нормализация или отжиг для выравнивания структуры и снижения твердости до уровня, удобного для резания.

3

Черновая механическая обработка

Снятие основного припуска. Для точных деталей далее выполняется отжиг для снятия напряжений.

4

Получистовая обработка

Обработка с припуском под окончательную термообработку и шлифование.

5

Окончательная термообработка

Закалка с отпуском, цементация, азотирование или закалка ТВЧ.

Такая последовательность особенно важна для штампов, пресс-форм и длинномерных деталей, где коробление после закалки обходится дорого. Механическую обработку заготовок на всех этапах выполняет наш участок токарной обработки и фрезерный участок.

Практические рекомендации заказчику

Когда отжиг нужен обязательно

Когда достаточно нормализации

Как избежать окалины и обезуглероживания

Длительный нагрев при отжиге приводит к образованию окалины и потере углерода. Для инструментальных сталей это критично: обезуглероженный слой нужно полностью снять до закалки. Поэтому отжиг ведут в защитной атмосфере, в контейнерах с засыпкой или оставляют увеличенный припуск на механическую обработку — обычно не менее 1–2 мм на сторону для поковок.

Отжиг чугуна и цветных металлов

Подготовительная термообработка нужна не только стали. Для серого и высокопрочного чугуна применяют низкотемпературный отжиг при 500–600 °C для снятия литейных напряжений — особенно важно для станин, корпусов и плит, которые затем точно обрабатываются. Отбеленный чугун с твердыми участками цементита на кромках отливок проходит графитизирующий отжиг при 850–950 °C, после чего резание становится возможным без выкрашивания инструмента.

Медь, латунь и алюминиевые сплавы подвергают рекристаллизационному отжигу между операциями холодной деформации. Для меди это 500–700 °C, для латуни 600–700 °C, для деформируемых алюминиевых сплавов 350–420 °C. Термически упрочняемые алюминиевые сплавы типа Д16 отжигают с медленным охлаждением, чтобы получить максимально мягкое состояние перед гибкой или вытяжкой.

Типичные ошибки

  1. Отказ от отжига для экономии. Твердая заготовка из стали ХВГ или 9ХС быстро тупит инструмент, а при закалке растрескивается из-за неравномерной исходной структуры.
  2. Слишком быстрое охлаждение при отжиге — твердость не снижается, возможны участки бейнита.
  3. Перегрев — рост зерна, ухудшение механических свойств, которое придется исправлять повторной нормализацией.
  4. Нормализация легированной стали без отпуска — сталь 40ХН или 30ХГСА на воздухе частично закаливается и становится твердой для резания.

Выводы

Отжиг и нормализация — фундамент качественной детали. Они устраняют дефекты структуры, полученные при производстве заготовки, снижают твердость до удобной для резания, снимают напряжения и готовят металл к окончательной закалке или химико-термической обработке. Полный и изотермический отжиг подходят для поковок и легированных сталей, сфероидизирующий — для инструментальных и подшипниковых, рекристаллизационный — для холоднодеформированного металла, отжиг для снятия напряжений — для сварных и точных деталей. Нормализация — экономичный способ измельчить зерно и подготовить конструкционные стали к дальнейшей обработке. Правильно выбранная подготовительная операция окупается снижением брака и затрат на инструмент.

Если нужно подготовить заготовки к механической обработке, снять напряжения со сварных узлов или исправить структуру после ковки, отправьте заявку с указанием марки стали и размеров — подберем режим и выполним обработку.

Отправить заявку

« Предыдущая статья Следующая статья »