Каждая операция формовки оставляет металл более твёрдым, чем он был. Согните полосу стали туда-сюда, и место гиба затвердеет, а затем треснет — это наклёп на ощупь. Отжиг — это сброс: нагрейте деталь, выдержите, охладите, и кристаллическая структура восстанавливается, так что металл можно формовать снова.
Что такое отжиг?
Отжиг — это контролируемая термообработка: металл нагревают до температуры, при которой его внутренняя структура рекристаллизуется, выдерживают достаточно долго для завершения этого процесса, затем охлаждают. Результат — более низкий предел текучести, большее относительное удлинение и более мягкий металл, а внутренние напряжения от холодной деформации в значительной степени снимаются. В формовке металла он применяется как промежуточный этап: глубоко вытянутая чашка, которая порвалась бы на второй или третьей стадии, отжигается между стадиями, чтобы её можно было вытянуть дальше. Типичные температуры — около 650–700 °C для низкоуглеродистых сталей для глубокой вытяжки, 400–600 °C для меди и латуни в зависимости от нагартовки и более 1 000 °C для полного отжига аустенитной нержавеющей стали, при этом вместо него используется более низкое снятие напряжений при 350–450 °C, когда нужно удалить только остаточные напряжения.
Зачем формовке это нужно
- Наклёп — вытяжка растягивает стенку и повышает её предел текучести. После достаточной деформации в металле не остаётся пластичности, и следующая операция его рвёт.
- Глубина вытяжки — глубина, которую чашка может достичь за одну стадию, ограничена поведением материала при деформационном упрочнении. Именно отжиг между стадиями делает высокую деталь вообще возможной.
- Пружинение — отожжённый, более мягкий материал пружинит меньше, поэтому деталь с жёсткими допусками на форму часто отжигается перед финальной стадией формовки, а не после неё.
- Формуемость следующей операции — деталь, которую нужно вытянуть, а затем отбортовать, или вытянуть, а затем раздать, обычно требует отжига между этими двумя операциями.
Четыре вида отжига, которые встречаются в расчёте
| Обработка | Что она делает | Где применяется |
|---|---|---|
| Полный отжиг | Полная рекристаллизация; самое мягкое состояние | Перед тяжёлой первой вытяжкой или для восстановления материала после прокатки |
| Технологический (промежуточный) отжиг | Восстанавливает пластичность между стадиями формовки | Многостадийные глубоко вытянутые чашки, корпуса и оболочки |
| Снятие напряжений | Удаляет остаточные напряжения без сильного размягчения | Обработанные детали, которые должны оставаться плоскими, сварные узлы |
| Светлый отжиг | Отжиг в контролируемой атмосфере, чтобы не образовывалась окалина | Детали из нержавеющей стали, где после обработки нужна чистая поверхность |
Типичные температуры
| Материал | Типичная температура отжига | Примечание |
|---|---|---|
| Низкоуглеродистая сталь (DC01–DC04) | 650–700 °C | Печной отжиг; образуется окалина, если атмосфера не контролируется |
| Медь C11000 | 400–600 °C | Более мягкая нагартовка — в верхней части диапазона |
| Латунь (CuZn) | 400–600 °C | Латуни с более высоким содержанием цинка требуют осторожности, чтобы избежать обезцинкования |
| Аустенитная нержавеющая сталь 304 | 1 040–1 120 °C, затем закалка | Полный отжиг; 350–450 °C, если нужно только снятие напряжений |
| Ферритная нержавеющая сталь 430 | 750–850 °C | Отжиг также влияет на магнитное поведение |
| Алюминиевые сплавы | 300–420 °C | Зависит от сплава; некоторые марки вместо этого упрочняются старением |
Температуры — это типичные опубликованные диапазоны для семейств, а не рецепт. Правильный цикл зависит от сплава, степени холодной деформации и требуемых финальных свойств, и он должен быть указан в спецификации термообработки, а не оставлен на усмотрение оператора печи.
Что это добавляет к программе
- Дополнительная операция — каждый отжиг это перемещение, цикл печи и возврат к прессу, и в расчёте он так и отражается.
- Печная термообработка передаётся на субподряд — для Balford массовая термообработка является субподрядным процессом, и мы это раскрываем, а не намекаем, что печь стоит на нашем заводе.
- Окалина и очистка — отжиг без защитной атмосферы оставляет окалину, которую нужно удалять, а это вторая операция поверх первой.
- Коробление — тонкие вытянутые детали могут коробиться в печи, поэтому приспособление или способ укладки становится частью проектирования процесса.
- Твёрдость после обработки — на чертеже может требоваться финальная твёрдость или отпуск; это вторая термообработка, а не та же самая.
Ключевой момент
Если деталь рвётся на второй или третьей вытяжке, отжиг между стадиями обычно и есть решение — он стоит одной операции и покупает глубину. Укажите сплав, степень холодной деформации и нужные вам впоследствии свойства, и пусть цикл задаётся из них, а не из температуры, скопированной из таблицы.
Частые вопросы
Что отжиг делает с металлом?
Он его размягчает. Нагрев до температуры рекристаллизации и охлаждение устраняют последствия холодной деформации, снижая предел текучести, повышая относительное удлинение и снимая внутренние напряжения, чтобы деталь можно было формовать дальше.
Почему глубоко вытянутым деталям нужен отжиг?
Потому что каждая стадия вытяжки наклёпывает стенку. Как только в материале не остаётся пластичности, он рвётся, поэтому промежуточный отжиг применяется для восстановления пластичности перед следующей стадией.
Отжиг — это то же самое, что нормализация?
Нет. Нормализация также нагревает сталь выше критической температуры, но охлаждает её на воздухе, давая более мелкую и прочную структуру, чем полный отжиг, который медленно охлаждается в печи.
Меняет ли отжиг магнитные свойства?
Может. Отжиг снимает напряжения и может изменить магнитное поведение ферритных и кремнистых сталей — поэтому он присутствует в маршрутах магнитного экранирования и магнитомягких деталей и поэтому мы рассматриваем магнитный отжиг как отдельную спецификацию.