Что такое отжиг металла: основные этапы и 7 видов процесса

05.10.2025

Время на чтение минут

Автор:
Пресс-центр ООО "Технологии приборостроения"

Отжиг — это один из базовых процессов термической обработки металлов, применяемый в металлургии и машиностроении. Он представляет собой контролируемое нагревание металлической заготовки (обычно из стали или сплава) до определенной температуры, выдержку при ней в течение заданного времени и последующее медленное охлаждение чаще всего прямо в печи.

Главными целями отжига являются изменение внутренней структуры металла, приведение ее к более равновесному состоянию, улучшение технологических и эксплуатационных характеристик материала. Во время отжига происходят фазовые преобразования, способствующие снижению твердости и улучшению пластичности.

Содержание

• Почему применяют отжиг?
• Когда применяется отжиг?
• Виды отжига (классификация)
• Полный отжиг
• Изотермический отжиг
• Неполный отжиг
• Сферификационный отжиг
• Диффузионный отжиг
• Отжиг для снятия напряжений
• Рекристаллизационный отжиг
• Как выбрать подходящий метод отжига
• Заключение

Почему применяют отжиг?

Процесс отжига необходим в самых разных производственных ситуациях — от первичной обработки заготовок до финишной термической подготовки деталей. В зависимости от вида стали, стадии обработки и целей, отжиг может использоваться как основная, промежуточная или завершающая операция. Главные цели отжига:

• снижение твердости стали и улучшение ее пластичности;
• облегчение процессов резки, сверления и других видов механической обработки;
• устранение остаточных напряжений после деформации или литья;
• выравнивание структуры, рафинирование зерна;
• подготовка стали к последующим процессам обработки, включая закалку;
• повышение устойчивости к деформациям.

Процедура отжига также позволяет корректировать изменения, которые произошли в структуре стали после механической или термической обработки, обеспечивая стабильные свойства заготовок и деталей.

Когда применяется отжиг?

Отжиг может использоваться до обработки на станках для улучшения обрабатываемости металла, а также после обработки для снижения твердости и напряжений. Его задействуют и между операциями как часть технологического процесса при производстве высокоточных деталей, и как окончательную обработку, если не требуется дальнейшая закалка или отпуск.

Виды отжига (классификация)

Различают несколько типов отжига:

• полный отжиг;
• диффузионный отжиг;
• неполный отжиг;
• сферификационный отжиг;
• отжиг под напряжением;
• рекристаллизационный отжиг.

Ниже подробнее рассмотрим 7 основных типов отжига, применяемых в промышленности.

Полный отжиг

Описание процесса: металл нагревается на 20—30 °C выше критической температуры и медленно охлаждается. Это позволяет аустенитной структуре равномерно преобразоваться в перлит или феррито-перлитную смесь.

Где применяется: полный отжиг широко используется для доэвтектоидных сталей (с содержанием углерода от 0,3 до 0,6 %), включая среднеуглеродистые конструкционные стали, низколегированные стали, заготовки после ковки и литья.

Цели и преимущества: получение мелкозернистой, равномерной структуры, снижение твердости, упрощение обработки.

Изотермический отжиг

Описание: отличается от полного тем, что после нагрева до температуры выше Ac3 заготовка быстро охлаждается до определенного уровня. Это позволяет контролировать превращение аустенита в перлит.

Преимущества:

• существенное сокращение времени обработки;
• более равномерная структура;
• повышенная повторяемость результатов.

Где применяется: для высокоуглеродистых сталей (с содержанием углерода > 0,6 %), легированных и высоколегированных инструментальных сталей, труднообрабатываемых заготовок, требующих высокой однородности.

Ограничения: из-за сложности равномерного прогрева этот метод неэффективен для крупногабаритных деталей или массового производства в больших печах.

Неполный отжиг

Описание: при этом методе заготовка нагревается до температуры между Ac1 и Ac3 (для доэвтектоидной стали) или между Ac1 и Accm (для гиперэвтектоидной стали), после чего медленно охлаждается. Происходит частичная аустенизация, которая способствует снижению твердости и устранению напряжений.

Цель: создание благоприятной структуры с пониженной твердостью, пригодной для последующей механической обработки.

Применение: используется для гиперэвтектоидных сталей, в которых требуется смягчить структуру и удалить остаточное напряжение без полного фазового перехода.

Сферификационный отжиг

Суть метода: это разновидность неполного отжига, цель которого — превратить карбидную фазу в мелкие сферические частицы. Полученная структура называется сфероидным перлитом и обладает высокой обрабатываемостью.

Технология: заготовку нагревают, а затем охлаждают с печью или изотермически.

Где применяется: часто используется для инструментальной стали, для легированных углеродистых сталей.

Преимущества:

• снижение хрупкости;
• повышение устойчивости к деформациям;
• улучшение условий резки и фрезеровки.

Методы реализации: одностадийный сферификационный отжиг, изотермический способ, возвратно-поступательный метод.

Диффузионный отжиг

Характеристика: диффузионный отжиг применяют для устранения неоднородности химического состава, которая образуется в процессе кристаллизации крупных металлических заготовок — слитков, поковок и отливок. В ходе обработки металл нагревают до температуры, значительно превышающей критическую (примерно на 100—200 °C), выдерживают при ней длительное время (до 15 часов), после чего медленно охлаждают.

Назначение: главная задача диффузионного отжига заключается в выравнивании структуры металла, устранении зон сегрегации, возникающих при затвердевании расплава. Благодаря этому материал становится более однородным по свойствам и пригодным для последующих этапов термообработки.

Область применения: такой вид отжига широко используется при производстве ответственных деталей из легированных сталей, особенно если речь идет о массивных заготовках, требующих высокой однородности и стабильности структуры.

Отжиг для снятия напряжений

Описание метода: отжиг под напряжением предназначен для уменьшения внутренних напряжений, возникающих в металле после сварки, литья, ковки или механической обработки. В процессе заготовку равномерно нагревают до умеренной температуры, выдерживают в течение заданного времени, а затем медленно охлаждают вместе с печью. Такой режим не вызывает фазовых превращений, однако способствует постепенному снятию остаточных деформаций, повышая стабильность формы и размеров детали.

Назначение: основная цель этого типа отжига — предотвращение появления трещин и коробления, а также повышение надежности и долговечности готовых изделий. Процесс особенно важен при обработке крупногабаритных конструкций, инструментов и сварных соединений, внутренние напряжения в которых могут привести к деформациям при эксплуатации.

Цели отжига под напряжением:

• устранение остаточного напряжения, которое может вызвать коробление или растрескивание;
• повышение стабильности формы деталей при последующих операциях;
• снижение риска внутренних дефектов при закалке или эксплуатации изделия.

Применение: отжиг для снятия напряжений задействуется для сварных конструкций, массивных отливок, пресс-форм, а также деталей, подвергшихся холодной деформации.

Часто используется как промежуточный этап при изготовлении крупных корпусов машин, трубопроводов, элементов турбин, рам и станин.

Особенности: так как процесс проходит при температуре ниже фазовых переходов, структура стали остается неизменной, однако значительно повышается стабильность размеров и снижается вероятность коробления при охлаждении.

Рекристаллизационный отжиг

Сущность процесса: рекристаллизационный (или промежуточный) отжиг используется для восстановления структуры стали, подвергнутой деформации. Во время холодной обработки (катания, волочения, штамповки) зерна металла вытягиваются и искажаются, что приводит к повышению твердости и хрупкости.

Процесс: заготовку нагревают до температуры, превышающей температуру рекристаллизации примерно на 100—200 °C. Для большинства сталей этот диапазон составляет 450—700 °C. После выдержки металл медленно охлаждают, обеспечивая равномерное формирование новой структуры. Температура рекристаллизации может быть определена по формуле: Tₐ = 0,4 × Tпл, где Tпл — температура плавления материала.

Цели рекристаллизационного отжига:

• устранение эффектов упрочнения после холодной деформации;
• восстановление пластичности и вязкости;
• получение однородных и мелких зерен;
• снижение твердости и повышение точности размеров.

Применение: этот метод часто используется при производстве тонких листов, проволоки, труб, а также деталей, прошедших холодное волочение или штамповку. Он необходим для восстановления свойств металла перед следующими этапами обработки.

Как выбрать подходящий метод отжига

Выбор конкретного способа отжига зависит от марки стали, состояния заготовки и требований к конечному изделию. В таблицах стандартов и технологических картах термообработки указываются рекомендуемые режимы нагрева, выдержки и охлаждения, однако существуют общие принципы выбора метода.

• Для доэвтектоидных сталей (низко- и среднеуглеродистых) обычно выбирают полный отжиг; если требуется ускорить процесс — применяют изотермический.
• Для гиперэвтектоидных сталей оптимален сферификационный отжиг, обеспечивающий получение глобулярного перлита.
• При необходимости устранить внутренние напряжения после сварки, литья или ковки подходит отжиг под напряжением.
• Если металл подвергался холодной деформации, используют рекристаллизационный отжиг для восстановления пластичности.
• При необходимости выравнивания химического состава применяют диффузионный отжиг.

Таким образом, каждый метод выполняет свою технологическую задачу и выбирается в зависимости от структуры стали и условий ее дальнейшей обработки.

Заключение

Отжиг — это не просто нагрев и охлаждение металла, а сложный технологический процесс, позволяющий управлять внутренней структурой материала. Правильно выбранный тип отжига обеспечивает оптимальный баланс между твердостью, пластичностью и прочностью, что напрямую влияет на долговечность и качество изделия.

Современные технологии термообработки позволяют точно регулировать температуру, время выдержки и скорость охлаждения, добиваясь требуемых свойств даже в сложных легированных сталях. Процесс отжига выполняет несколько функций одновременно:

• улучшает обрабатываемость;
• повышает стабильность формы;
• устраняет внутренние напряжения;
• подготавливает металл к последующим операциям закалки и отпуска.

Понимание принципов отжига и грамотный выбор его вида позволяют инженерам и технологам получать материалы с заданными свойствами, снижать дефекты производства и повышать надежность готовых деталей.

От простого снятия напряжений до сложного диффузионного выравнивания структуры — каждый из 7 видов отжига играет важную роль в создании прочной, устойчивой и технологичной металлической основы для современной промышленной продукции.