Полный отжиг

Полный отжиг заключается в нагреве доэвтектоидной стали на 30—50 °С выше температуры, соответствующей точке Ас3, выдержке при этой температуре для полного прогрева и завершения фазовых превращений в объёме металла и последующем медленном охлаждении. При этом отжиге происходит полная фазовая перекристаллизация стали. При нагреве выше критической точки Ас3 образуется аустенит, характеризующийся мелким зерном, поэтому при охлаждении возникает мелкозернистая ферритно-перлитная структура, обеспечивающая высокую вязкость и пластичность и получение высоких свойств после окончательной термической обработки. Кроме того, полным отжигом устраняют два порока структуры доэвтектоидной стали: видманштеттов феррит и строчечность.

Чрезмерное повышение температуры нагрева выше точки Ас3 вызывает рост зерна аустенита, что ухудшает свойства стали. Если исходная структура кристаллографически упорядочена (мартенсит, видманштеттова структура, бейнит), при нагреве несколько выше точки Ас3 размер, форма и кристаллографическая ориентировка новых зёрен аустенита будет такой же, как и у исходного зерна аустенита. Если исходное зерно было крупным (сталь была перегрета), то и после повторного нагрева несколько выше точки Ас3, то есть после полного отжига, оно также будет крупным. Однако при продолжений нагрева в аустенитной области зерно аустенита вместо того чтобы укрупняться, будет измельчаться. Измельчение зерна, особенно в легированной стали, может быть достигнуто нагревом на 100—300 °С выше Ас3 вследствие рекристаллизации аустенита, получившего наклёп в процессе фазового γ↔α-превращения. В некоторых случаях требуется выполнение двух- и даже трёхкратного нагрева для накопления этого фазового наклёпа в такой степени, чтобы прошла рекристаллизация.

В результате рекристаллизации образуются новые зерна аустенита, не связанные по ориентации с исходной структурой. Если после такого высокого нагрева зерно получается все же увеличенных размеров, то проводят ещё нормальный отжиг для получения мелкого зерна. Такое наследование размера, формы и ориентировки аустенитного зерна называют структурной наследственностью. Время нагрева и продолжительность выдержки при заданной температуре зависят от типа нагревательной печи, способа укладки изделий в печь, от высоты садки, типа полуфабриката (лист, сортовой прокат и т. д.).^[2]

На металлургических заводах скорость нагрева не ограничивают, а обычно принимают ~100 °С/ч, а продолжительность выдержки может колебаться от 0,5 до 1,0 ч на 1 т нагреваемого металла. Медленное охлаждение должно обеспечить распад аустенита при малых степенях переохлаждения, чтобы избежать образования излишне дисперсной феррито-карбидной структуры и свойственной ей более высокой твёрдости. Скорость охлаждения при отжиге зависит от устойчивости переохлаждённого аустенита, а следовательно, от состава стали. Чем больше устойчивость аустенита в области температур перлитного превращения, тем медленнее должно быть охлаждение. Поэтому легированные стали, обладающие высокой устойчивостью переохлаждённого аустенита, охлаждают значительно медленнее (10—100 °С/ч), чем углеродистые (150—200 °С/ч). Скорость охлаждения при отжиге можно регулировать, проводя охлаждение печи с закрытой или открытой дверцей, с полностью или частично выключенным обогревом. После распада аустенита в перлитной области дальнейшее охлаждение для многих сталей можно ускорить и выполнять даже на воздухе.^[3]

Полному отжигу подвергают сортовой прокат, поковки и фасонные отливки. Если отжиг предназначается и для снятия напряжений (например, в отливках сложной конфигураций), медленное охлаждение с печью проводят почти до комнатной температуры. Охлаждение деформированных легированных сталей, склонных к образованию флокенов, следует проводить особенно медленно и часто по сложным (ступенчатым) режимам.^[4]