Рекристаллизационный отжиг

Рекристаллизационный отжиг подразделяют на полный, неполный и текстурирующий.

Полный рекристаллизационный отжиг, обычно называемый просто рекристаллизационным, — одна из наиболее широко применяемых операций термообработки.

Неполный рекристаллизационный отжиг проводят при температурах выше температуры начала рекристаллизации, но ниже температуры её окончания с целью частичного устранения наклепа. Он позволяет, например, производить полунагартованные листы из термически неупрочняемых алюминиевых сплавов. Структура получается частично рекристаллизованной, а частично полигонизованной.

Текстурирующий отжиг применяют для получения выгодной анизотропии свойств в некоторых материалах, в частности, в трансформаторной стали, железоникелевых сплавах с постоянной магнитной проницаемостью.^[3]

Увеличение в стали содержания углерода и легирующих элементов повышает температуру рекристаллизации. Температура отжига для достижения рекристаллизации по всему объёму и для сокращения времени протекания процесса разупрочнения превышает температуру порога рекристаллизации.

Температура рекристаллизационного отжига стали зависит от её состава и чаще находится в пределах 650—760 °C.

Для низкоуглеродистой (0,08—0,20 % С) листовой стали, подвергаемой холодной штамповке, температура рекристаллизационного отжига составляет 680—700 °С, продолжительность отжига 8—12 ч. Структура листа после отжига — зерно феррита овальной или округлой формы, размером 5—8 балла.

Для высокоуглеродистых легированных хромистой и хромоникелевой стали применяют отжиг при температуре 680—740 °С, продолжительность нагрева от 0,5 до 1,5 ч. В частности, отжиг калиброванных прутков из высокоуглеродистой легированной (хромистой, хромокремнистой и др.) стали проводят при 730 °С.^[4]

При отжиге стали, кроме рекристаллизации феррита, может протекать процесс коагуляции и сфероидизации цементита. Это повышает пластичность, что облегчает последующую холодную обработку давлением (например, глубокую вытяжку).

Рекристаллизационному отжигу часто подвергают электротехнические, нержавеющие и другие стали.^[5] В производстве полуфабрикатов и изделий из цветных металлов и сплавов рекристаллизационный отжиг как самостоятельная операция термообработки распространен гораздо шире, чем в технологии производства стали. Объясняется это тем, что по сравнению со сталями холодной обработке давлением подвергают несравненно большую долю цветных металлов и сплавов. Температура полного рекристаллизационного отжига должна быть выше температуры окончания рекристаллизации. Если металл или сплав имеет критические точки в твердом состоянии, то температура чисто рекристаллизационного отжига должна находиться ниже критической точки, например точки Ас1 в стали или температуры полиморфного превращения в титановых сплавах.^[6]

Диапазоны температур полного рекристаллизационного отжига существенно отличаются для разных материалов и составляют (°С): 650—710 для углеродистой стали, 500—700 для меди, 600—700 для латуней и бронз, 700—850 для медноникелевых сплавов, 700—800 для никеля, 670—690 для титана, 300—500 для алюминия, 350—430 для алюминиевых сплавов, 300—400 для магниевых сплавов.

Время выдержки обычно составляет 10—60 мин.^[3]

При выборе времени выдержки иногда приходится учитывать побочные процессы. Так, основным процессом при отжиге холоднодеформированных сталей ниже точки Ас1 является рекристаллизация феррита. Но, кроме неё, может идти сфероидизация цементита. Время, необходимое для полной рекристаллизации, не превышает 60 мин, но, если требуется перевести цементит в зернистую форму, время выдержки доходит до нескольких часов (зернистая форма цементита наиболее благоприятна для последующего холодного деформирования).

Скорость нагрева до температуры отжига чаще всего не имеет значения. Но в отдельных случаях необходим ускоренный нагрев. Так, при медленном нагреве до температуры отжига холоднодеформированных полуфабрикатов из алюминиевого сплава марки АМц вырастают очень крупные зерна, обусловливающие шероховатость поверхности после правки и снижающие относительное удлинение. Крупные зерна вырастают из-за того, что в случае медленного нагрева первичная рекристаллизация начинается при сравнительно низких температурах и идет из малого числа центров. После быстрого нагрева до высокой температуры (например, при нагреве в селитровой ванне до 500 °С) сразу развивается интенсивная первичная рекристаллизация из многих центров и зерно получается мелким.

Скорость охлаждения с температуры рекристаллизационного отжига металлов и однофазных сплавов не сказывается на их свойствах. Если же сплав способен упрочняться при закалке и старении, то скорость охлаждения с температуры рекристаллизационного отжига иногда приходится регламентировать. Так, в термически упрочняемом алюминиевом сплаве В95 при отжиге после холодной деформации, кроме основного процесса — рекристаллизации, может протекать также побочный процесс — частичная закалка (подкалка) с последующим старением. В результате при отжиге не достигается необходимое смягчение материала. Поэтому сплав В95 следует медленно охлаждать вместе с печью с температуры рекристаллизационного отжига (380—430 °С) до температуры 150 °C (со скоростью не более 30 °С/ч).^[3]

Рекристаллизационный отжиг сталей, цветных металлов и сплавов используют в промышленности на разных стадиях технологического процесса:

• как первоначальную операцию после горячей обработки и перед холодной обработкой давлением (для придания материалу наибольшей пластичности); например, горячекатаные рулоны из некоторых алюминиевых сплавов перед холодной прокаткой отжигают для снятия остатков наклепа, так как в конце горячей прокатки, когда лист был захоложен до температур 280—330°С, медленная рекристаллизация не успела полностью пройти и снять наклеп;
• как промежуточный процесс между операциями холодного деформирования (также для снятия наклепа);
• как окончательную (выходную) термическую обработку (для придания полуфабрикату или изделию необходимых свойств), то есть как завершающий процесс после холодной прокатки листов, лент и фольги, холодного волочения труб, прутков и проволоки, холодной штамповки и других видов холодной, а также теплой обработки.^[3][6]

В последнее время для рекристаллизационного отжига труб используют установки прямого электронагрева.^[7]