Отжиг

Отжиг, один из процессов термической обработки (смотрите), преследующий цели: 1) изменения и выравнивания вязкости, электрических, магнитных и других физич. свойств во всем объёме металла", 2) улучшения качеств металла путем изменения зерна, 3) приведения в равновесное состояние металла,

4) удаления газов (например после травления),

5) сообщения металлу мягкости, необходимой для облегчения процесса резания. Процесс О. определяется двумя факторами: ί" нагрева и скоростью охлаждения. Для стали /° отжига должен быть выше верхней критической ί°

(.4.); по достижении этой <° выдерлска должна быть пропорциональна сечению изделия: например для углеродистой стали (0,6—1,2% С) Ашег. Soc.of Steel treating рекомендует проводить О. согласно следующим указаниям.

Данные для отжига изделий из углеродистой стали.

Наименьшая толщина изделия в миллиметров	Вес изделия в килограммах (прнбл.)	Время нагрева в час. (прибл.)	Время выдержки в час. (прибл.)
до 25	ДО 50	^Зи	Щ
25— 50	50— 150	ХЧа
50— 75	150— 250	I³/i	^Зи
75—100	250— 500	2>/ι	1
100—125	500— 750	2³/.	1
125—200	750—1000	З1/2	1V2

Для других сталей и сплавов время нагрева может изменяться в зависимости от теплопроводности металла. При меньшей теплопроводности эти величины времени будут больше, при большей (например для меди, медных сплавов и тому подобное.)—меньше. Т. к. главная цель О.— получить материал в равновесном состоянии, то скорость остывания должен быть такова, чтобы можно было гарантировать это состояние. Для железных сплавов Вендт указывает, что в интервале t° от 700 до 200° мартенситовая структура, то есть напряженно-закаленное состояние стали (смотрите Металлография), образовалась при следующих скоростях охлаждения:

Углеродистая сталь. 6 ск. (V—80°/ск.)

•5°;,-ная никелевая сталь.60 ск. (V— 8°/ск.)

Хромонинел. сталь (3% Ni, 1,5%Сг) 500 ск. (V— Г/ск.)

11з этого примера следует, что скорость остывания этих сплавов для получения их в равновесном состоянии должен быть меньше приведенных цифр. Процесс остывания при О. черных металлов должен быть скорый в интервале критич. 4 ’ (A_Ct~A_ri) и медленный (скорость зависит i Т_состава ^металла) в интервале от Α_Τχ до · окружающей среды, т. еГследоватьшэ ди-_г аграмме (смотрите фигура).

___p-w_ Для чистых метал-

----iV лов и сплавов, обра-

, ^/Нагрс6 Mvmί: зующих твердые ра-

** створы (медь и боль

шинство ее сплавов), в результате О. металл щерекристаллизовывается и становится мягким. О. таких сплавов может сопровождаться быстрым охлаждением. К. Грачев. Лит.: см. Термическая обработка.

О. стекла. Кривые термического расширения большинства стекол показывают, что до некоторой темп-ры t_x стеклянный стержень расширяется с постоянной скоростью, н при дальнейшем повышении темп-ры до /_г величина расширения быстро увеличивается и достигает своего максимума. При дальнейшем повышении темп-ры до t₃ стержень становится мягким и деформируется. Температурный интервал при котором про исходит быстрое нарастание термического расширения, называют критич. зоной. Если при охлаждении отекло быстро проходит эту зону,в нем непременно образуются напряжения. Последние будут отсутствовать, если •стекло достаточно медленно проходило при охлаждении эту зону. Напряжения особенно легко возникают при охлаждении толстостенных изделий. В то время как их наружный слой уже прошел критич. зону, внутренние слои продолжают еще быть накаленными докрасна и находятся выше критич. зоны. ПрИ|Дальнейшем охлаждении поверхность толстостенного стеклянного тела уже приняла определенные объёмы, в то время как внутренние слои, еще мягкие, стремятся соответственно стянуться. Разница в коэфици-ентах расширения наружного и внутреннего слоев еще в большей степени увеличивает напряжения. Под влиянием внутреннего слоя наружный стягивается и сжимается. Явления другого порядка заметны, если мы стержень, быстро охлажденный и следовательно с внутренними напряжениями, начнем подогревать. Сначала коэф. расширения возрастает по прямой, а затем при некоторой темп-ре t_H_ возрастание расширения прекращается, ипри’приближении кй;ритич. зоне начинается сокращение. Темп-pa <_н-, при которой начинается уменьшение расширения, есть t° начала исчезновения напряжений. Обычно при этой t° вязкость стекол равна 10¹³ единиц CGS. Напряжение в стекле узнается по двойному лучепреломлению, к-рое делается видимым через скрещенные николи с гипсовой или без гипсовой пластинки и измеряется компенсатором как разность хода луча. Если натяжения распределены правильно, то картина, наблюдаемая между николями, имеет также правильный вид. Если в стеклянном бруске сильны натяжения, мы заметим многочисленные кон-центрич. кольца, плотно прилегающие друг к другу. Шотт по количеству колец устанавливал степень натяжений в стекле. Грене, нагревая закаленные стекла, устанавливал (°, при которой исчезает двойное лучепреломление н назвал ее <° отжига. Грене нашел также предельную t°, названную им <° закалки стекла, до которой следует нагреть стекло, чтобы затем, начав от этой ί°, вести резкое снижение ее и получить в стекле остаточные натяжения; t° закалки весьма близка к t° начала исчезновения натяжений. Практически медленное охлаждение стекла следует осуществлять между t° отжига и 1° закалки Грене. Эти (°-ные границы О. стекла Турнер и Инглиш назвали верхним и нижним пределами ί° О.

Весьма интересной представляется работа Цшиммера и Шульца по изучению Г закалки. Они нагревали стекло до определенных 1° и выдерживали до исчезновения напряжений. После этого они быстро охлаждали стекло до 20° и аппаратом Шульца измеряли остаточные натяжения. Опыт был проведен с целым рядом исходных темп-р, и остаточные натяжения определялись как ф-ия исходной ί°. Авторы установили, что при исходной t° ниже некоторой не удается получить остаточных натяжений, выше этой (° и до некоторой i_a как исходных удается получить остаточные натяжения. Интервал l₂~<i соответствует критич. зоне или t° О. и t° исчезновения натяжений. Т. о. при О. приходится считаться с двумя границами темп-ры: нижней, при которой стекло, охлажденное без натяжений, не может их больше получить, и верхней, при которой натяжения исчезают мгновенно в несколько секунд. Если при охлаждении стекла между этими (°-ными интервалами не будут ликвидированы натяжения, то и при дальнейшем снижении (° они уж не будут ликвидированы. Старый метод О. стекла заключался в том, что холодные или почти остывшие изделия нагревались до <°, близкой к <° размягчения, а затем постепенно и весьма медленно охлаждались. Для такого О. требовалось весьма много времени.

В последнее время благодаря трудам Адамса и Вильямсона применяются новые принципы охлаждения изделий. Сущность их метода сводится к тому, что остывшие или иолуостывшие изделия нагреваются весьма быстро (только бы не лопнули) до t° выравнивания натяжений, которая находится не выше середины критич. зоны, выдерживают изделия при этой 1° сравнительно продолжительное время, в течение которого натяжения почти полностью ликвидируются, а затем t° снижают довольно быстро. Этот способ сокращает намного продолжительность О. Так например, О. бутылок м. б. закончен в 2 часа, а электроколбы в 1^х/₂ мин. Для контроля натяжений в стекле служат поляризационные аппараты—полярископы Герца, Цейсса, Аскания и др. Выравнивание натяжений, или релаксация их, предполагает известную, хотя и весьма малую, подвижность частиц в стекле. Выравнивание натяжений зависит также от величины первоначальных натяжений и времени. По Адамсу и Вильямсону время, необходимое для релаксации, пропорционально квадрату величины натяжения. Для одного боросиликатного крона авторы дали промежутки времени для выравнивания натяжений:

1° Продолжит. £° Продолжит,

релаксации релаксации

454°. 30 дн. 549°. 1ч.

475°. 7 дн. 575°. 10 М.

503°. 1 Д. 599°. 2 М.

526°. 5 4.

Скорость h равномерного охлаждения, выраженная в градус/мин., может быть получена по формуле Адамса и Вильямсона: Δη =

4,6 В · h - a*=ch, где Δη—двойное преломление при допустимых остаточных натяжениях и примерно равно 5 μμ/см, В—среднее двойное преломление при давлении 1 килограмм/см“ для данного сорта стекла, а—0,5 толщины слоя стекла, с—постоянная величина, равная 4,6 Ва^г. Для стекла, среднее значение В которого равно 2,87 · 10^-7, с=13 и безопасная скорость охлаждения h=0,385 градус/мин. илй 23 градус/час.

За последние годы на з-дах Европы и Америки для О. стекла пользуются отжигательными муфельными печами туннельного типа, называемыми лерами. Их нагревание производится генераторным или натуральным газом, нефтью и электричеством. Из наиболее известных типов леров следует отмстить системы Диксона, Амслер-Мортона, Симплекс, Гартфорд-Эмпайр К°. Последний лер отапливается нефтью, и работа его основана на новейших исследованиях в области О. стекла. Бутылка, для которой обычно О. длился до 6 час., на лерах Гертфорда-Эм-

пайр К⁰ отжигается в 2 ч. Недавно в Америке появился новый тип—лер Диксона, который не требует дополнительного нагрева. Движение изделий в нем устроено т. о., что первоначального тепла, вводимого изделиями в лер, достаточно, чтобы поддерживать в головной части среднюю <° критич. зоны. Фирма Симплекс в Америке вместе с Дженераль Электрик К⁰ выпустила элек-трич. лер, к-рый имеет ряд преимуществ и в состоянии конкурировать при дешевой электроэнергии с лерами старых типов. См. Спр. ТЭ, т. III, стр. 167—168.

Лит.: ШульцГ., Стекло, пер. с нем., М.—Л., 1926; Дралле Р. н К е и п л ер Г., Пронзводст-во стекла, пер. с нем., т. 1, Москва, 1928; Adams I. II. and Williamson, «Journal of the Franklin Institute», Philadelphia, 1920, v. 190, p. 597, 835; Sc h On born H., «Keramische Rundschau», Berlin, 1925, Jg. 33, p. 397. И. Китайгородский.