Отжиг для снятия остаточных напряжений

Остаточные напряжения могут вызвать изменение размеров, коробление и подводку изделия в процессе его обработки (например, резанием), эксплуатации или хранения. Так, многие детали прецизионных станков (ходовые винты, высоконапряженные зубчатые колёса, червяки и др.) нередко проходят отжиг (отпуск) после основной механической обработки при 570—600 °С в течение 2—3 ч, а после окончательной механической обработки для снятия шлифовочных напряжений — при 160—180 °С в течение 2—2,5 ч. Отжиг для снятия сварочных напряжений проводят при 650—700 °С.

Остаточные напряжения снимаются и при проведении других видов отжига (например, рекристаллизационного отжига, отжига с фазовой перекристаллизацией, а также при отпуске — особенно высоком для закалённой стали).^[3]

Быстрое снятие остаточных напряжений при повышенных температурах иногда бывает опасной, так как из-за неоднородного распределения напряжений по сечению и длине изделия оно может привести к нарушению равновесия внутренних сил и моментов, сопровождающемуся короблением. Идеальна для отжига релаксация напряжений в её классическом виде, когда медленная пластическая деформация нарастает при одновременном и равном уменьшении упругой деформации так, что линейные размеры в направлении действия сил не изменяются.^[4]

Отжиг стальных изделий для снятия напряжений проводят при 160—700 °С с последующим медленным охлаждением. Продолжительность отжига для уменьшения напряжений устанавливают опытным путём. Определённой температуре отжига в каждом конкретном изделии соответствует свой конечный уровень остаточных напряжений, по достижении которого увеличивать продолжительность отжига практически бесполезно.^[3]

Диапазоны температур отжига для снятия остаточных напряжений составляют (°С): 430—600 для серого чугуна, 550—680 для углеродистой стали, 550—650 для легированной стали, 150 для меди, 200—350 для латуней, 300 для никеля, 450—480 для титана, 500—650 для титановых сплавов, 150 для алюминия, 230—370 для алюминиевых сплавов, 150—260 для магниевых сплавов. Время выдержки обычно составляет 30—300 мин.^[4][5]

Отжиг для снятия остаточных напряжений применяют для отливок, сварных изделий, деталей после обработки резанием и др., в которых в процессе предшествующих технологических операций из-за неравномерного охлаждения, неоднородной пластической деформации и т. п. возникли остаточные напряжения.^[3]

Использование отжига для уменьшения напряжений лимитируется теми нежелательными структурными и фазовыми изменениями, которые могут произойти при нагреве. Например, чтобы достаточно полно снять закалочные напряжения в изделиях из термически упрочняемых алюминиевых сплавов, необходимо нагревать их до температур около 230—260 °С. Но при таких температурах в алюминиевых сплавах происходит перестаривание, сопровождающееся снижением прочности, а у некоторых сплавов, кроме того, снижается коррозионная стойкость. Для полного снятия остаточных макронапряжений после холодной обработки давлением желательно проводить отжиг при таких температурах, при которых протекает рекристаллизация. Но при этом снимается упрочнение от холодной обработки давлением, что во многих случаях недопустимо. Поэтому приходится либо мириться с недостаточно полным снятием остаточных напряжений при низких температурах, либо идти на компромисс, достигая более полного снятия напряжений при некотором ухудшении механических и других свойств.^[4]

В последнее время для рекристаллизационного отжига труб используют установки прямого электронагрева.^[6]