Термические методы обработки для управления физико-механическими свойствами материалов, страница 2

Рекристаллизационный отжиг – это термическая обработка наклёпанного металла или сплава с целью придания ему вязких и пластических свойств за счет полного восстановления совершенства тонкого кристаллического и микроскопического строения. Имеет широкое распространение в практике как промежуточная операция в процессах формообразования деталей холодной деформацией (штамповкой, волочением, прокаткой, чеканкой и др.) с большими степенями обжатия (вытяжки).

Температура нагрева при рекристаллизационном отжиге выбирается из расчета 0,4 Тпл. Для чистых металлов и 0,5…0,7Тпл. – для растворов. Например, для технически чистого железа это составит около 450⁰С, а для низкоуглеродистой стали – 680…700⁰С.

Отжиг для уменьшения остаточных напряжений – термическая обработка, уменьшающая остаточные объемные микронапряжения (напряжения 1-го рода) за счет полной  или частичной их релаксации.

Этот отжиг представляет особый интерес при разработке ТП механической обработки по следующим причинам. Во-первых, потому что объёмные напряжения возникают практически всегда при прохождении деталью технологических процессов, включающих обработку давлением, литьём, сваркой, шлифованием, резанием и др. Во-вторых, потому что объёмные остаточные напряжения вызывают искажения формы (коробление) и изменение размеров изделия во время обработки, эксплуатации или хранения на складе. Особенно частые и значительные коробления (поводки) появляются при обработке резанием, так как удаление слоя металла всегда нарушает установившееся равновесие остаточных напряжений в микрообъёме.

Причинами возникновения объемных микронапряжений являются неравномерность пластической деформации, различная плотность металла в разных точках тела из-за неоднородности теплового сжатия (расширения) и фазовых (структурных) превращений. Соответственно и напряжения, обусловленные неравномерностью сжатия (расширения), называют тепловыми, или термическими, а вызванные неравномерностью фазовых (структурных) превращений – фазовыми.

В конкретных технологических процессах объёмные макронапряжения (условно напряжения 1-го рода) могут называться соответственно специфике производства: литейными, сварочными, закалочными, шлифовочными и др.

В производственной практике часто сталкиваются с самопроизвольным изменением размеров и короблением деталей (изделий), вызываемыми постепенным перераспределением остаточных напряжений при их релаксации. Например, после обработки станка появляются недопустимые зазоры или натяги в ранее точно при пригнанных сопряжениях.

К сожалению, в большинстве случаев величина, знак и распределение остаточных напряжений  по объёму изделия неизвестны, так как для определения этих характеристик требуется нарушить целостность изделия. В общем случае поэтому желательно полностью их хотя бы частично снять неконтролируемые макронапряжения. Решить эту задачу можно путём пластической деформации, уменьшающей избыточную энергию в упругую деформированных областях детали, для чего необходимо или провести такой тепловой процесс (отжиг), когда будет реализована микропластическая деформация в условиях снижения предела текучести, до значений, меньших микронапряжений, или инициировать ползучесть – при макронапряжениях, меньше предела текучести.

Реализация первого механизма снятия остаточных напряжений основывается на следующих соображениях. С ростом температуры предел текучести падает более интенсивно, чем упругие остаточные напряжения, пропорциональные модулю упругости и величине упругой деформации (закон Гука). Выше некоторой температуры t₁ предел текучести становится ниже остаточных напряжений,  и с этого момента начинается микропластическая деформация, уменьшающая остаточные напряжения до предела значений текучести. Таким образом, по этому механизму уменьшение остаточных напряжений тем больше, чем выше температура нагрева при отжиге.