Что такое обжиг металлов
Процесс отжига стали и металла: виды, особенности, технология
На дворе XXI век — это век развитых технологий, инфраструктуры и промышленности. Это касается и области металлургии, которая имеет важнейшее значение для строительства. С рождением новых возможностей и идей повышаются и требования к качеству материалов. Человечество, которое совсем недавно освоило технологию обработки и применения металла и различных сплавов, больше не устраивают естественные механические свойства.
Отныне лишь высокопрочные и высококачественные материалы могут быть использованы в строительстве. И именно для изменения естественных свойств металла применяются различные методики термической обработки, такие, как отжиг металла, которые позволяют значительно повысить его прочность и обрабатываемость.
Что представляет собой отжиг
Отжиг — это один из методов термической обработки металла и стали. В его основе лежит нагрев до очень высокой температуры. То есть металл нагревается до нужной температуры в зависимости от цели и метода, выдерживается в таком состоянии на какое-то время, а затем постепенно охлаждается.
Отжиг может проводиться в самых разнообразных случаях. Для примера можно рассмотреть самые основные. Обычно он проводится в следующих целях:
Виды особенности
В зависимости от цели и предназначения отжиг может иметь следующие разновидности:
Более подробно рассмотрим некоторые из них.
Технология полного отжига
Полный отжиг проводится в целях измельчения зерна и улучшения качества обработки с использованием режущего инструмента, а также для устранения внутренней напряженности. Ему подвергаются изделия, изготовленные из доэвтектоидного сплава или стали, в составе которой содержится карбон в количестве, не превышающем 0,8%. К таким изделиям относятся кованые и литые детали.
Что касается технологии: изделие подвергается нагреву, который достигает критической точки, равной примерно 20−50 градусов, имеющий условное обозначение А3. Затем выдерживают в этом состоянии столько, сколько необходимо, и медленно охлаждают. Температура нагрева определяется в зависимости от типа стали по диаграмме состояния. Для каждого типа стали существуют определенные значения температур, при которых достигается необходимая степень нагрева. Эти значения можно найти в справочных таблицах.
Время охлаждения также продиктовано структурой и составом стали, например, изделия из углеродистой стали охлаждают на 180−200 градусов в час, низколегированные стальные детали охлаждаются на 90 градусов в час, высоколегированную сталь, если она подвергается полному отжигу, охлаждают еще медленнее — 50 градусов в час. Поскольку изделия из высоколегированной стали зачастую подвергают другому типу термической обработки, изотермическому, однако бывают и исключения.
Вследствие полного отжига неоднородная структура углеродистой и доэвтектоидной стали, состоящая из крупных и мелких зерен и зачастую не удовлетворяющая по своим механическим свойствам, становится однородной и податливой для обработки. Именно в этих целях и проводится полный отжиг.
Особенности и цель неполного отжига
Если полный отжиг предназначается для изделий, не отвечающих никаким требованиям, то неполный проводится на тех же объектах с более или менее удовлетворительными механическими свойствами. То есть в результате неполной термической обработки изменится лишь перлитовая структура металла, а ферритовая останется неизменной. «Перлит» в переводе с французского означает «жемчужина», он входит в состав структуры стали, чугуна и иных железоуглеродистых сплавов. Перлит состоит из феррита и цементита, образующих эвтектоидную смесь. Другими словами, основная цель — сделать сталь мягкой и пластичной, насколько это возможно.
Технологически процесс неполного отжига отличается степенью нагрева, в данном случае он достигает критической точки на 30−50 градусов выше до А1. Температура нагрева достигает 770 градусов, постепенное охлаждение происходит со скоростью 60 градусов в час: сначала в печи до 600 градусов, а затем на открытом воздухе.
Такая термообработка также применяется для заэвтектоидной и легированной стали. Она нагревается до критической точки Ас1, превышающей на 10−30 градусов. В результате такого нагрева происходит перекристаллизация сплава, которая, в свою очередь, способствует образованию сферической формы перлита. Этот процесс еще называется сфероидизацией.
Рекристаллизация и диффузия
Чтобы данный процесс протекал успешно, нагрев проводится при очень высоких температурах, с более длительной выдержкой и с медленным охлаждением, в отличие от видов, рассмотренных выше. То есть это температуры, превышающие 1000 градусов, длительность выдержки составляет более 12 часов.
Предназначение изотермического отжига и нормализации
Изотермический отжиг применяется для высоколегированных и высокохромистых сталей. Его особенность заключается в нагреве металла на 30−50 градусов выше критической точки Ас3 и в ускоренном охлаждении до температуры выдержки ниже критической точки А1, а затем в естественном охлаждении на открытом воздухе.
Данный вид дает несколько видимых преимуществ, первое из которых заключается во времени, то есть весь процесс — начиная от нагрева, выдержки и до остывания — занимает гораздо меньше времени, чем этап остывания детали вместе с печью. Второе преимущество состоит в том, что при изотермической выдержке и резком охлаждении достигается более сглаженная и однородная структура по сечению детали.
Обжиг
ОБЖИГ (а. roasting; н. Rosten; ф. calcination, grillage; и. соccion, соcimiento, calcinacion) — процесс термической обработки материалов, осуществляемый для направленного изменения их физических свойств и химического состава. Обжиг применяют для подготовки руд и концентратов к последующему переделу (обогащению, окускованию, дистилляции, плавке и др.) или получения конечных продуктов (извести, цемента, пористых заполнителей, керамических изделий и др.). Обжиг заключается в нагреве материалов до определённой температуры, выдержке при этой температуре и охлаждении с заданной скоростью. Различают термический обжиг с диссоциацией соединений, окислительный и сульфатизирующий; различные виды восстановительного и хлорирующего обжига.
Термический обжиг с диссоциацией соединений включает: декарбонизирующий обжиг (удаление кислоты при обжиге известняка, доломита, магнезита, фосфорита и др.); пирротинизирующий обжиг (перевод парамагнитного пирита в сильномагнитные моноклинные пирротины); дистилляционный обжиг (выделение из руд или концентратов сурьмы, ртути, мышьяка в парообразном состоянии); спекающий обжиг (перевод извлекаемых металлов в соединения, растворимые в воде; применяется в основном в алюминиевой промышленности при производстве глинозёма из бокситов спеканием с содой или щёлочью).
Окислительному обжигу обычно подвергают сульфидные руды с целью полного или частичного удаления серы и перевода сульфидов железа в легкошлакуемые при последующей плавке оксиды. Сульфатизирующий обжиг применяют перед гидрометаллургическим переделом для перевода извлекаемых цветных металлов в водорастворимые сульфаты, а железа — в нерастворимые в воде оксиды. Восстановительный магнетизирующий обжиг бедных железных руд используется для перевода немагнитных и слабомагнитных оксидов железа в искусственный магнетит, восстановительно-металлизирующий обжиг — для прямого получения губчатого железа и железных порошков, восстановительно-дистилляционный обжиг — для получения сурьмы (отличается от дистилляционного обжига наличием твёрдого или газообразного восстановителя), восстановительно-сульфидизирующий обжиг — для переработки бедных никель-кобальтовых руд (оксиды никеля, железа и кобальта при обжиге сульфидируются).
Восстановительно-хлорирующий обжиг применяется для облегчения извлечения титана, ниобия, тантала и меди из никелевых концентратов (обжиг проводится в присутствии восстановителя и газообразного хлора). Восстановительно-хлорирующий сегрегационный обжиг используется при подготовке труднообогатимых руд цветных металлов к флотации или магнитной сепарации, осуществляется в присутствии твёрдого восстановителя с добавкой хлоридов натрия или кальция. Цель хлорирующего обжига — превратить оксиды и сульфиды металлов в хлориды. Обжиг иногда совмещают со спеканием руды или концентрата с активными добавками (сода, мел и др.) или компонентами шихты (обжиг с окускованием для облегчения последующей переработки). Обжиг проводят в печах (шахтных, многоподовых, вращающихся, трубчатых, барабанных, кипящего слоя) и в обжиговых и агломерационных машинах.
обжиг
Полезное
Смотреть что такое «обжиг» в других словарях:
обжиг — обжиг, а … Русский орфографический словарь
Обжиг — Обжиг высокотемпературная термическая обработка материалов или изделий с целью изменения (стабилизации) их фазового и химического состава и/или повышения прочности и кажущейся плотности, снижения пористости. Содержание 1 Обжиг руды или… … Википедия
Обжиг — – тепловая обработка огнеупорного сырья или сырца при температуре выше 800°С., в результате которой происходит спекание огнеупора. [ГОСТ Р 52918 2008] Обжиг – термическая обработка керамических изделий воздействием высоких температур … Энциклопедия терминов, определений и пояснений строительных материалов
ОБЖИГ — нагрев и выдержка при высокой температуре (в обжиговых печах) различных материалов для придания им необходимых свойств или удаления примесей (напр., обжиг руды, глины, огнеупоров, керамики и др.) … Большой Энциклопедический словарь
ОБЖИГ — ОБЖИГ, накаливание керамики до температуры, при которой изменяется ее химический состав. Благодаря обжигу глина перестает размягчаться при контакте с водой. Керамическая глина содержит вещества, способствующие ее переходу в стекловидное состояние … Научно-технический энциклопедический словарь
ОБЖИГ — ОБЖИГ, обжига, муж. (тех.). 1. только ед. Действие по гл. обжигать обжечь. Обжиг кирпичей. Глина хорошего обжига. 2. Количество изделий какого нибудь материала, обжигаемых в печи за один раз. Толковый словарь Ушакова. Д.Н. Ушаков. 1935 1940 … Толковый словарь Ушакова
Обжиг — (a. roasting; н. Rosten; ф. calcination, grillage; и. coccion, cocimiento, calcinacion) процесс термич. обработки материалов, осуществляемый для направленного изменения их физ. свойств и хим. состава. O. применяют для подготовки руд и… … Геологическая энциклопедия
обжиг — ОБЖЕЧЬ, обожгу, обожжёшь, обожгут; обжёг, обожгла; обжёгший; обожжённый ( ён, ена); обжёгши; сов. Толковый словарь Ожегова. С.И. Ожегов, Н.Ю. Шведова. 1949 1992 … Толковый словарь Ожегова
обжиг — сущ., кол во синонимов: 5 • выдержка (48) • кальцинация (5) • обжигание (12) • … Словарь синонимов
Обжиг — Обжиг: термическая обработка материала, содержащего цветные металлы, включая драгоценные, в нейтральной, окислительной или восстановительной среде при температурах, не превышающих температуру плавления. Источник: МЕТАЛЛЫ ДРАГОЦЕННЫЕ. ТЕРМИНЫ И… … Официальная терминология
обжиг — Термическая обработка материала, содержащего цветные металлы, включая драгоценные, в нейтральной, окислительной или восстановительной среде при температурах, не превышающих температуру плавления. [ГОСТ Р 52793 2007] Тематики металлы драгоценные … Справочник технического переводчика
Отжиг стали
Ассортимент изделий из металла огромен и в каждом случае требуются определенные, часто специфические качества материала. Обеспечить полный перечень марок производитель не в состоянии. Металлургические предприятия предлагают сырье, отвечающее ГОСТ, которое впоследствии дорабатывается на обрабатывающих производствах. Одна из ключевых операций — отжиг стали. На этой стадии металл приобретает необходимые технические свойства для последующей обработки. Чтобы понять, что такое отжиг стали, необходимо понимать для чего он делается, и какие процессы при этом происходят.
Почему необходима термическая обработка металла
Операцию проводят с целью улучшения технологических качеств сырья. Ключевым фактором становится температура отжига стали, которую необходимо выдерживать определенное время. При этом достигаются следующие цели:
Иногда достаточен неполный отжиг стали для получения нужных технологических кондиций. В зависимости от желаемых качественных показателей металла могут использоваться сложные и длительные по времени режимы. Полный отжиг стали может длиться более суток для габаритных изделий. Большую часть этого времени занимают нагрев до нужной температуры и медленное остывание, регламентированное типом термической обработки при заданном стандарте.
Подробно режим отжига стали описан в специальной литературе. Некоторые операции предполагают соблюдение временного режима и точной температуры, вплоть да нескольких градусов. Если есть муфельная печь, то процедуру можно выполнить качественно. Когда такого оборудования нет, то точно провести отдельные виды термообработки будет затруднительно. Ориентироваться придется исключительно по цвету раскаленного металла.
Цвета каления стали
Сделать отжиг стали в домашних условиях можно по упрощенной схеме. Проконтролировать температуру предмета, нагретого газовой горелкой точно не получится. Регулировать режимы нагрева и остывания металла можно только примерно. При обработке стали в домашних условиях сделать структурный анализ невозможно. Определяется температура неполного отжига только визуально. Целями в бытовых условиях становятся снижение прочности и повышение обрабатываемости изделия. Микроструктура стали после отжига меняется и можно проводить дальнейшие операции.
Виды отжига
Принято делить эту операцию на два основных вида. Отжиг стали может быть 1-го и 2-го рода. В первом случае не происходит фазовой рекристаллизации, но металл приобретает нужные качества. Устраняются последствия механической обработки металла на прокатных станах, штампах.
Упрочнение поверхности стали после физического воздействия на металлургическом комбинате называют наклепом.
Главное назначение отжига стали 1-го рода — снижение прочности и повышение пластичности, необходимой для дальнейшей обработки. Частичная рекристаллизация снижает внутренние напряжения, что делает изделия более надежными и долговечными.
Отжиг стали 2-го рода характеризуется кардинальными изменениями структуры. Фазовая рекристаллизация достигается нагреванием металла выше критических точек и точным выполнением режима охлаждения по температуре и времени. Такие виды отжига и их назначение определяются производственными задачами для получения необходимых качеств металла. Критические температуры являются серьезным фактором риска. В ряде случаев, например, при пережоге, возникают необратимые изменения в структуре. Такой металл отправляется на переплавку. Термообработка, отжиг и нормализация сталей сложный процесс дающий возможность получить из исходного сырья продукцию, отвечающую по заданным характеристикам запросы производителей конечных изделий.
Полный, неполный отжиг
Применяют термическую обработку для достижения необходимых качеств металла. Цель отжига стали определена как получение заданных технологических свойств. Они могут быть как общими, так и достаточно специфичными. Так неполный отжиг заэвтектоидной стали допустим при изготовлении конструкционных элементов, но при производстве деталей с заданными характеристиками будет недостаточен. Изменения структуры металла в обоих типах обработки различны. Играет роль не только время отжига стали, но и температура. Важным фактором успешного решения задачи является и режим охлаждения.
Полный отжиг стали
При неполном отжиге стали температура не достигает верхней критической точки. Менее жестки и требования по выдержке времени охлаждения. Выполняя полный отжиг сталей, металл разогревают выше критической точки. Затем выдерживают указанное время и точно выполняют график охлаждения. При термообработке, отжиге важно учитывать марку сырья, твердость, химический состав, поскольку технология и режимы определяются нормами ГОСТ.
Изотермический отжиг
Этот вид обработки применяется главным образом для легированных сплавов. Изометрический отжиг стали заключается в нагревании металла до аустенитного состояния с последующим ускоренным охлаждением до 660-680° C. Затем заготовку выдерживают при этой температуре, пока аустенит не превратится в перлит. После этого металл охлаждают на воздухе естественным способом.
Это самый быстрый и эффективный способ повысить пластичность металлов с высоким содержанием хрома.
Высокотемпературный отжиг нержавеющей стали и некоторых других конструкционных, инструментальных сплавов делается таким способом. Подобная технология позволяет снизить твердость легированных материалов до уровня, позволяющего эффективно обрабатывать впоследствии заготовку на металлорежущем оборудовании.
Изотермический отжиг характеризуется особым методом охлаждения. Заданное время материал выдерживается при температуре, указанной в нормах на одном уровне, а не падает постепенно, как в других вариантах обработки. Формирование однородной структуры происходит за счет полного распада аустенита и преобразований ферритов и перлитов. Таким способом обрабатывают жаростойкие сплавы.
Эффективна эта методика для обработки небольших изделий, штамповок, инструментальных заготовок.
Изотермический отжиг имеет небольшой по времени технологический цикл, однако достаточно эффективный для решения многих производственных задач.
Диффузионный отжиг
Согласно отраслевым нормам, этот вид термообработки можно отнести к экстремальным. Металл нагревается до максимально возможной температуры, превышающей критические точки. Технология часто применяется для сплавов со сложными и легкоплавкими соединениями. При этом структура заэвтектоидной стали после отжига становится менее твердой и значительно пластичнее, что позволяет использовать широкий набор приемов для дальнейшей обработки. Метод требует полного контроля и соблюдения технологии, поскольку высоки риски перегрева и пережога, что может привести частично или полностью к утрате необходимых качеств и такой металл к дальнейшим операциям будет непригоден. Точная температура полного отжига доэвтектоидной стали и других марок металла есть в специальных справочниках.
Диффузионный отжиг стали
Правильно выполненная термообработка позволяет получить:
Последний пункт является побочным эффектом, относится к дефектам и при производстве стараются избегать возникновения этого явления. Технология отжига стали этим методом требует навыков и знаний, понимания разницы между отдельными видами и марками металла.
Рекристаллизационный отжиг
Методика, позволяющая избавиться от многих нежелательных качеств металла. Рекристаллизационный отжиг стали проводят с целью снять наклеп и другие последствия после некоторых механических операций. Технология применяют для обработки:
После рекристаллизационного отжига стали металл приобретает необходимые характеристики для получения изделий с заданными качествами.
Выбор технологии определяется химическим составом. При процедуре материал нагревают до значений, превышающих температуру кристаллизации не менее чем на 100-200° C. Необходимые свойства появляются в разной степени в зависимости от вида обработки. Чаще используют полный отжиг. При этом структурные изменения более существенные. В ряде случаев достаточен неполный отжиг.
Температурные зоны для рекристаллизационного отжига
Особенности отжига различных видов стали
Все термические операции с металлом проводят в строгом соответствии с предписанными требованиями к каждой марке. Определяющим значением становится содержание углерода, других металлов в составе сплава. Фактором, влияющим на твердость после отжига стали, является время выдержки в печи и режим охлаждения.
Для того чтобы точно выполнить условия охлаждения часто используются 2 печи. В одной поддерживается максимальная температура, а во второй изделие выдерживают необходимое количество времени до завершения внутренних структурных процессов. Так температура отжига нержавеющей стали в первой камере может превышать 1000° С, а потом изделия выдерживают несколько часов при 900° С и охлаждают до 300° С со скоростью 50-100° С в час. Дальнейшее охлаждение проводится на воздухе.
Значительную долю в общем объеме термообработки занимают доэвтектоидные стали. Содержание углерода в них менее 0, 8%. Структуру составляют феррит и перлит, поэтому в большинстве случаев достаточно провести неполный отжиг доэвтектоидных сталей, что снизит твердость и повысит пластичность. Низкоуглеродистые сплавы используются в больших объемах в строительстве, в конструкциях, возводимых в народном хозяйстве. Однако в отдельных случаях требования к структуре металла более жесткие. Тогда необходимо проводить полный отжиг доэвтектоидных сталей для снятия напряжений и получения равновесной структуры с заданными качествами. Применяемый способ выбирается, опираясь на требования производителей, возможности имеющегося обрабатывающего оборудования. В технической документации обозначены температуры и время, необходимое при отжиге, для достижения качеств получаемых закалкой и отпуском.
В процессе термической обработки происходят сложные изменения структурного характера, которые можно анализировать только на специальном оборудовании. Разрабатывались нормы и рекомендации, опираясь на научные данные, выполнение которых в производственных условиях обязательно. Получаемая структура при отжиге и другие показатели строго регламентированы и в домашних условиях практически невыполнимы. Однако добиться изменения структурного строения, сделать металл мягким и податливым своими руками можно. Качество отожженной стали для бытового применения будет достаточным. Для домашнего мастера не важно, эвтектоидного или аустенитного класса сплав у обрабатываемой детали.
Обжиг в цветной металлургии
Обжиг – металлургический процесс, проводимый при высоких температурах (500-12000С) с целью изменения химического состава перерабатываемого сырья. Обжиговые процессы, за исключением обжига со спеканием, являются твердофазными. В цветной металлургии применяют следующие виды обжига:
1.Кальцинирующий обжиг (прокалку) проводят с целью разложения (диссоциации) нагревом неустойчивых химических соединений – гидроксидов, карбонатов и др. В общем виде этот вид обжига описывается следующими уравнениями:
MeCO3 = MeO + CO2
2. Окислительный обжиг применяют для подготовительной обработки сульфидных руд и концентратов с целью полного или частичного перевода сульфидов в оксиды:
2MeS + 3O2 = 2MeO + 2SO2.
К окислительному процессу относится и агломерирующий обжиг (обжиг со спеканием). Последний имеет целью одновременно окислить и спечь материал. Спекание происходит за счет образования некоторого количества жидкой фазы, которая при застывании связывает тугоплавкие мелкие частицы в кусковой пористый продукт – агломерат.
3. Восстановительный обжиг проводят для восстановления высших оксидов некоторых металлов до низших, например:
4. Хлорирующий и фторирующий обжиг проводят с целью перевода оксидов или сульфидов в водорастворимые или летучие хлориды (фториды)