Отжиг металла для уменьшения остаточных напряжений
При охлаждении металла после отливки, прокатки, ковки, при термической обработке, прн сварке металлических изделий, а также при холодном деформировании (правке, прутков, изделий) могут возникать очень большие остаточные напряжения, иногда превышающие предел текучести. При длительном вылеживании металла эти напряжения могут вызвать деформацию или самопроизвольное разрушение. Складываясь с рабочими напряжениями, они могут снижать эксплуатационную надежность изделий.
Для устранения напряжений изделие необходимо нагреть с целью уменьшения предела текучести металла н увеличения подвижности атомов. Остаточные напряжения при отжиге могут уменьшать двумя путями:
- В результате пластической деформации, возникающей при нагреве металла за счет понижения предела текучести ниже величины остаточных напряжений.
- Путем ползучести при напряжениях меньше предела текучести.
В первом случае уменьшение остаточных напряжений происходит аналогично тому, как при нагружении образца на разрывной машине при комнатной температуре и последующем нагревании его под нагрузкой. При нагревании предел текучести снижается и образец автоматически разгружается вследствие появления пластической деформации. Во втором случае уменьшение остаточных напряжений происходит аналогично тому, как при испытании на релаксационную стойкость. Длина образца, находящегося в захватах машины, в этом случае неизменна. Уменьшение напряжений (релаксация) при заданной деформации происходит вследствие появления ползучести при падающем напряжении.
Остаточные напряжения частично снижаются и при комнатной температуре, но для этого требуется достаточное время. Напряжения, оставшиеся в изделии после отжига, не могут быть выше предела текучести, а так как с повышением температуры предел текучести сталей довольно резко снижается, то и внутренние напряжения понижаются (рис. 12.5).
Примеры
Рассмотрим некоторые примеры отжига для снятия напряжений.
Рис. 12.5. Снижение внутренних напряжений при нагреве и последующем охлаждении (длительность выдержки при температуре - 20 ч. Цифры возле кривых - напряжения до нагрева)
Слитки
Если слитки легированной стали передаются для дальнейшего передела в холодном состоянии, то они подвергаются замедленному охлаждению в изложницах или в колодцах (ямах) с крышками. Цель такого охлаждения - уменьшить внутренние напряжения, так как в слитках высоколегированных сталей при быстром охлаждении образуются внешние или внутренние трещины. В некоторых случаях в быстроохлажденных слитках таких сталей возникают настолько большие напряжения, что они «стреляют», распадаясь от возникших трещин на несколько кусков.
В дальнейшем переделе внутренние трещины проявляются в виде открытых или закрытых «скворечников». Они очень опасны, так как не всегда могут быть обнаружены и, попадая в конечное изделие, могут вызвать аварийное разрушение его во время работы. После остывания слитки подвергаются отжигу для снятия внутренних напряжений, для предупреждения возникновения трещин при хранении на складе, при транспортировке в передельные цехи и при нагреве под передел.
Температура и время выдержки при отжиге выбираются с учетом химического состава и размеров слитка. Посадка слитков производится в печь с температурой не выше 300° С. Скорость нагрева не более 100° С/ч.
Литье
Крупное стальное и чугунное литье желательно также подвергать отжигу для снятия внутренних напряжений. Это особенно важно для изделий, которые в процессе эксплуатации должны сохранить свои размеры (станины станков, приспособления, корпусные детали, гильзы цилиндров). Для частичного уменьшения внутренних напряжений широко применялось вылеживание отливок при комнатной температуре в течение от нескольких месяцев до нескольких лет в зависимости от размеров изделий. Если имеются соответствующие нагревательные печи, уменьшение напряжений производится отжигом при соответствующей температуре.
