Использование печей для отжига в металлообработке

В чёрной металлургии "процессом отжига" принято считать такую термообработку, в результате которой в металле  устанавливается равновесная структура (Равновесной называют структуру, каждый элемент которой находится в равновесии, не  важно  статическом или динамическом, с другими элементами и внешней средой). 

Процесс отжига металлов на предприятиях чёрной металлургии происходит  в специальных печах, называемых печи для отжига. Технологически отжиг сводится к нагреву металла до определенной температуры, поддержанию этой температуры в течении определённого времени и последующего медленного охлаждения.  В результате мы получаем  металл с  достаточной степени равновесной структурой.

В технической литературе выделяют отжиг  первого и второго рода:

1) Отжиг 1 рода - это отжиг, при котором не происходит структурных изменений, связанных с фазовыми превращениями.

Отжиг 1 рода так же принято делить на 4 группы:

1.  Первая группа: гомогенизация - разновидность отжига металла, направленная на уменьшение химической неоднородности металлов. Данная неоднородность характерна для сплавов. Цель этой разновидности - приведение к равновесию неравновесной структуры как в пределах одного зерна, так и в пределах всего слитка. Т.е. устранение последствий возникновения химических неоднородностей в сплаве, возникающих при его создании.

2. Вторая группа: рекристаллизационный отжиг. При холодной ковке или при холодной деформации в металле возникают определённые изменения структуры и его свойств. Возникают неоднородные области, т.к. сдвиговая деформация вызывает увеличение количества  дефектов кристаллической решетки. Возникает  ячеистая структура, в которой происходит изменение формы зерен материала, зёрна сплющиваются вытягиваясь при этом в направлении основной деформации изделия. Рекристаллизационный отжиг проводят в  специальных печах для отжига с целью устранить эти дефекты.

3.  Третья группа: отжиг для снятия внутренних напряжений. При любых видах обработки металлав нём могут возникать различные напряжения.  Например в результате неравномерного нагрева могут возникнуть термические напряжения. Так же значительные напряжения возникают из-за различной скорости охлаждения отдельных частей детали после горячей ковки, после шлифовки и резания, литья или сварки.

4. Четвёртая группа: Патентирование - применяется для получения тонкопластинчатой феррито-карбидной микроструктуры. Для рассмотрения этого направления требуется отдельная статья, и сейчас эта группа нами описана не будет.

2) Отжиг второго рода - термическая обработка металла, проводимая с целью получения равновесной структуры в металлах и сплавах, испытывающих фазовые превращения.

Отличается от отжига первого рода тем, что при данном виде отжига происходят более масштабные изменения структуры,  которыев некоторых случаях могут привести к полной замене исходной структуры сплава. Полная замена  происходит результате двойной перекристаллизации. Этот процесс позволяет кардинально изменить строение сплава.  Правильное проведение отжига второго рода  в качественных термических печах  позволяет уменьшить размер зерна, устранить внутренние напряжения, снять наклеп, и в итоге полностью изменить структуру металла и свойства обрабатываемой детали.

Выделяют полный и не полный отжиг второго рода.

1. Полный отжиг второго рода сопровождается полной перекристаллизацией. Т.е. процесс проводится полностью.

2. При неполном отжиге, как не трудно догадаться, структурные превращения происходят не полностью. Т.е.  частично сохраняется   исходная фаза (структура сплава). Неполный отжиг применяется тогда, когда можно изменить строение второй фазы, исчезающей и вновь появляющейся при этом виде отжига.

Так как отжиг     предусматривает очень сильный нагрев, то, соответственно, необходимо и специальное оборудование - высококачественные печи для отжига. В связи с высокими температурами и длительностью процесса чаще всего  для отжига металлов  используют  шахтные печи. Суть процесса отжига выглядит так: среда внутри печи для отжига разогревается до тех пор, пока не будет достигнута номинальная температура. После достижения требуемой температуры нагрев среды останавливается, печь открывается и осуществляется загрузка материала при помощи механического манипулятора для печей. После этого крышка печи  плотно закрывается, и осуществляется дополнительный подогрев печи до необходимой температуры.  Далее идёт выдержка изделия при этой температуре в течении требуемого времени, а затем идёт процесс остывания изделия.