2.1.2. Отпуск закаленной стали. Отпуск закаленной стали

Отпуск закаленных сталей

Итак, мы получили сильно пересыщенный твердый раствор – мартенсит! Мы говорили, что в пересыщенном растворе создаются большие напряжения, и система является неустойчивой. Следовательно, должны протекать процессы, уменьшающие причины, вызывающие напряжения и неустойчивость системы.

Когда мы разбирали процессы распада пересыщенного раствора в сплаве дуралюмин, то установили, что они идут даже при комнатных температурах. Это объясняется тем, что алюминий – металл легкоплавкий, и процессы диффузии атомов при низких температурах протекают успешно. Железо же имеет температуру плавления в два с лишним раза выше, и подвижность атомов железа и углерода очень низкая, период полураспада мартенсита составляет сотни и тысячи лет! Отсюда, распад мартенсита при комнатных условиях невозможен. Однако мы говорили, что различные изделия должны обладать и различными свойствами и многие не смогут служить, имея мартенситную структуру. Следовательно, мы должны производить искусственно распад мартенсита в той или иной степени, в зависимости от требуемых свойств, т. е. нагревать! Такая термическая операция носит название отпуск стали.

В зависимости от температуры нагрева происходят следующие процессы. Уже при температурах 80-200 °С фиксируются физическими методами изменения в структуре закаленной стали. Начинается очень незначительное выделение атомов углерода в виде тонких образований карбида на основе железа, подобно, как при распаде твердого раствора в дуралюмине. Образуется так называемый отпущенный мартенсит! Отпущенный мартенсит является смесью пересыщенного α-твердого раствора и еще не обособившихся частиц карбида. Таким образом, мартенсит разупрочняется, с одной стороны, но образовавшиеся очень твердые кристаллы цементита, упрочняют сталь! Такому отпуску подвергаются инструментальные стали!

Второй интервал превращений при отпуске закаленной стали можно выделить следующий 200-300 °С. Это температуры дальнейшего выделения углерода из мартенсита. При температуре 300 °С α-твердый раствор содержит около 0,15-0,20 % С; это снижает напряжения и твердость. Структура стали при таком отпуске будет представлять зернистую смесь феррита и цементита. Эта структура носит название троостит отпуска, она характеризуется достаточно высокой прочностью и твердостью, при достаточной пластичности. Такой отпуск применяется для ударного инструмента и для деталей, работающих с ударными нагрузками (ударники отбойных и клепальных молотков и т. д.). Дальнейшее повышение температуры до 400 °С ведет к полному выделению углерода из твердого раствора, снятию напряжений и снижению твердости. Такому отпуску подвергаются различные пружинные элементы (пружины, рессоры и другие подобные детали).

Дальнейшее повышение температуры отпуска до 500-600 °С сопровождается ростом кристаллов цементита, что существенно снижает твердость стали и приближает ее к твердости отожженной (т .е. в состоянии поставки). Однако структура отпущенной стали, которая носит название сорбит отпуска, отличается от отожженной тем, что при отпуске зернистое строение смеси феррита и цементита, а в отожженной – пластинчатое. Это существенно повышает механические свойства стали! Особенно ее усталостную прочность!

Поэтому закалка стали на мартенсит, с последующим высоким отпуском (500-600 °С) называется улучшением! Такой термической обработке подвергаются детали машин и механизмов, работающих с большими циклическими нагрузками (различные валы, шестерни и т. д.), а также она используется как подготовка деталей к проведению поверхностной закалки (токами высокой частоты), или к последующей химико-термической обработке (азотирование) и т. д.

Процессы, протекающие при распаде мартенсита при нагреве (отпуск), подобны процессам при старении дуралюмина. При постоянном объеме выделяющейся фазы, величина выделяющихся частиц влияет на прочность и твердость сплава. Чем мельче выделяющиеся частицы, тем больше плоскостей скольжения дислокаций блокируется, тем выше твердость и прочность. При росте выделяющихся частиц с повышением температуры становится меньше заблокированных плоскостей скольжения дислокаций, пластичность повышается, прочность снижается, и чем крупнее частицы, тем больше это влияние!

Инженеру надо помнить, что качественное изделие можно получить лишь при правильно проведенной термической обработке – закалке и отпуске! Возможно такое, что твердость после закалки удовлетворяет, но и в этом случае обязательно нужен отпуск для снятия напряжений, возникнувших при закалке.

Е.И. Марр, доцент, к.т.н.

studfiles.net

Отпуск закаленных сталей

ТЕРМИЧЕСКАЯ ОБРАБОТКА УГЛЕРОДИСТЫХ СТАЛЕЙ

Термическая обработка сплавов имеет несколько разновидностей. Углеродистые стали могут с успехом подвергаться: отжигу, нормализации, закалке, отпуску. Эффект от термообработки сталей обеспечивается благодаря полиморфному превращению железа

Термическая обработка сталей основана на четырех основных превращениях, происходящих в сталях при нагреве и охлаждении. Рассмотрим их на примере эвтектоидной стали.

1. В эвтектоидной стали при нагреве выше температуры А1 перлит, представляющий собой дисперсную смесь феррита и цементита превращается в аустенит – твердый раствор углерода в гранецентрированной кубической решетке железа (П→ А) (рисунки 1 и 2). До аустенитного состояния сталь нагревают для отжига, нормализации, закалки, а также для обработки давлением: ковки, прокатки, штамповки.

2. При медленном охлаждении аустенита ниже температуры А1 происходит диффузионное превращение его в дисперсную пластинчатую смесь феррита и цементита, называемую перлитом. Это превращение реализуется при отжиге стальных заготовок перед их механической обработкой (А→П).

3. При быстром охлаждении аустенита диффузия железа и углерода, необходимая для образования равновесных фаз – феррита и цементита, произойти не успевает. В этом случае гранецентрированная кристаллическая решетка железа перестраивается в объемно-центрированную бездиффузионно, путем коллективного сдвига ионов железа на расстояния меньше межатомных. Образуется пересыщенный твердый раствор углерода в ОЦК решетке железа – мартенсит. Мартенситное превращение реализуется при закалке стальных деталей и инструментов (А→М) (рисунок 3).

4. Мартенсит, полученный из аустенита, благодаря очень быстрому охлаждению, является термодинамически неустойчивой фазой. При его нагреве по мере возрастания диффузионной подвижности атомов углерода, а затем и железа, происходит выделение атомов углерода из решетки железа и образование карбидов железа. Образуется двухфазная структура, представляющая смесь феррита и цементита. Это превращение М → (феррит + карбиды) реализуется при отпуске закаленных изделий.

В предлагаемой лабораторной работе предстоит провести закалку, нормализацию и отпуск конструкционной среднеуглеродистой стали 40 и высокоуглеродистой инструментальной стали У8.

Закалка

1. Выбор температуры нагрева под закалку

Доэвтектоидные стали под закалку следует нагревать до однородного аустенитного состояния. Оно достигается за сравнительно короткий отрезок времени, если температура нагрева находится на 30—50оС выше температуры Ас3. Температура Ас3, при которой в реальных условиях нагрева произойдет полная замена феррита на аустенит, зависит от скорости нагрева (рисунок 1). Чем выше скорость нагрева, тем больше разность между Ас3 и А3. При медленном печном нагреве она небольшая. Поэтому температуру нагрева под закалку доэвтектоидных сталей назначают на 30 – 50оС выше равновесной А3, которую, в свою очередь, находят на диаграмме состояния железо – углерод, на пересечении концентрации углерода в стали с линией GS (рисунок 2).

Рисунок 1 – Влияние температуры и скорости нагрева на превращение перлита в аустенит

В заводской практике критические температуры используемых сталей определяют по справочникам, а в случае необходимости уточняют с помощью термического анализа.

Рисунок 2 - Часть диаграммы ЖЕЛЕЗО–УГЛЕРОД, используемая для выбора температуры нагрева при термообработке углеродистых сталей.

Заштрихованная область на диаграмме показывает рекомендуемые температуры нагрева под закалку. Для сталей доэвтектоидных температура нагрева на 20-30°С выше линии Асз т.е. находится в области аустенита. Сталь марки 40 (0,4%С) нагревается до температуры t1 , сталь марки У8 (0,8%С) нагревается до температуры t2.

2. Период нагрева

Время нагрева можно рассчитывать или воспользоваться справочными данными (таблица 1).

Таблица 1 – Время нагрева плоских стальных деталей

Нагревательный аппарат	Температура нагрева, °С	Время нагрева на 1мм толщины детали, сек.
углеродистая сталь	легированная сталь
Пламенная печь	800-900	60-70	65-80
Электропечь	720-820	60-65	70-75
820-880	50-55	60-65
Соляная ванна	770-820	12-14	18-20

3. Период выдержки при заданной температуре

Время выдержки необходимо для равномерного распределения температуры по всему сечению образца (прогрев детали) и для завершения структурных превращений. Оно определяется расчетом или берется из соответствующих справочников. Для образцов, используемых в данной работе, можно принять время выдержки из расчета 1 мин на 1мм толщины детали.

4. Период охлаждения

Главнейший фактор этого периода - скорость охлаждения детали. В зависимости от скорости охлаждения аустенит может превращаться в различные структуры. На рисунке 3 изображена диаграмма изотермического превращения переохлажденного аустенита (изображен общий случай). А – аустенит, П – перлит. V1, V2, V3, V4, VК – скорости охлаждения, град/сек. МН – температура начала мартенситного превращения.

У сталей углеродистых с уменьшением скорости охлаждения получается более равновесная структура и меньше твердость. Например, при скорости V1 образуется структура крупнопластинчатого перлита, при скорости V2 более дисперсная структура перлита (и более твердая). Чтобы получить структуру мартенсита (обладающую наибольшей твердостью) необходима скорость охлаждения VК (критическая скорость) или еще более высокая V4.Для углеродистых сталей она равна примерно 500 оС/с.

Рисунок 3 – Диаграмма изотермического превращения переохлажденного аустенита эвтектоидной стали.

Скорость охлаждения зависит от разности температур, от соотношения площади поверхности детали к её объёму, от теплофизических свойств охлаждающей среды и материала детали и некоторых других факторов.

Таблица 2 – Скорости охлаждения в различных средах

Охлаждающая среда	Скорость охлаждения в интервале температур, °С/сек
550-650°С	200-220°С
Вода при 18°С
Вода при 20°С
Раствор в воде 18% NaCl
Раствор в воде 20% Na2CО3
Машинное масло
Спокойный воздух

Отпуск закаленных сталей

Отпуск - процесс, обусловливающий превращение неустойчивых структур закаленной стали в более устойчивые.

Отпуск осуществляется путем нагрева закаленных сталей до заданных температур, лежащих ниже Ас1. При отпуске с повышением температуры происходит превращение по схеме мартенсит-троостит-сорбит. Чем выше температура нагрева, тем более равновесна будет получаемая структура, меньше внутренние напряжения, выше ударная вязкость (рисунок 4).

Рисунок 4 – Влияние температуры отпуска на механические свойства углеродистой стали

В процессе отпуска также различают три периода – нагрев, выдержку при заданной температуре и охлаждение.

Время нагрева с выдержкой можно принять из расчета 2-3 мин на 1мм толщины детали. Для углеродистых сталей охлаждение после отпуска можно проводить на воздухе.

4. Отпуск стали

Отпуск-процесс термической обработки-нагрев закаленной стали до температуры не выше Ас1(727оС), обусловливается превращение неравновесной структуры закаленной стали в более равновесную.

Отпуск проводят для снижения или полного устранения внутренних напряжений, уменьшение хрупкости закаленной стали и получения требуемой структуры и механических свойств. В зависимости от температуры отпуск делят на низкий, средний и высокий.

Низкий отпуск-нагрев стали до температуры 250оС и охлаждение для получения мартенситного отпуска и частичного снятия внутренних напряжений.

Средний отпуск-нагрев стали от 350 до 450оС и охлаждения для получения структуры троостита отпуска.

Высокий отпуск-нагрев стали до температуры 500-680оС и охлаждение для получения структуры сорбита отпуска.

Низкий отпуск обычно проводят в масляных ваннах. Для высокого отпуска используют электропечи. Для обеспечения равномерного нагрева применяют электропечи шахтного типа с циркуляцией нагретого воздуха при помощи вентилятора.

В современных термических цехах массового производства для термической обработки применяют агрегаты непрерывного действия, состоящие из нескольких видов оборудования, в которых непрерывно осуществляются все виды термической обработки данных деталей.

В производстве широко применяется закалка с самоотпуском. Этот процесс представляет собой соответствующий нагрев, охлаждение только поверхности или части детали и отпуск за счет остаточный внутренней теплоты.

Температура отпуска при закалке с самоотпуском определяют по цветам побежалости, появляющимся на поверхности детали.

5.Термомеханическая обработка стали

Термомеханическая обработка-процесс, представляющий собой нагрев стали до температуры выше Ас3, пластическую деформацию аустенита и последующее его превращение с целью получения особой мартенситной структуры.

Различают два способа термомеханической обработки-высокотемпературную (ВТМО) и низкотемпературную (НТМО).

При ВТМО сталь нагревают до температуры выше Ас3, охлаждают до температуры относительной устойчивости аустенита, но ниже температуры рекристаллизации, пластически деформируют при этой температуре (степень деформации 75-95%) и закаливают.

В обоих случаях после закалки следует низкий отпуск.

ВТМО можно подвергать любые стали, а НТМО только стали с повышенной устойчивостью переохлажденного аустенита (легированные стали).

По сравнению с обычной закалкой после термомеханической обработки механические свойства получаются более высокими. Наибольшее упрочнение достигается после НТМО.

Повышение механических свойств стали в результате ВТМО объясняется тем, что при пластической деформации (наклепе) аустенита создается мелкоблочное строение. При последующем быстром охлаждении (закалке) измельченный при наклепе аустенит превращается в мартенсит тонкого строения.

При деформации с большими обжатиями, применяемыми при НТМО, в аустените сильно возрастает общая плотность дислокаций, «наследуемая» после закалки мартенситом. Большая плотность дислокаций в мартенсите и обусловливает высокие механические свойства после НТМО.

6. Дефекты термической обработки стали. От неправильного проведения термической обработки в деталях могут возникнуть различные дефекты.

Недогрев. Недогрев получается в том случае, если сталь нагрета до температуры ниже критической. Например, если доэвтектоидную сталь нагреть до температуры немного ниже Ас3, то часть феррита не превратится в аустенит. После охлаждения аустенит превратится в мартенсит, а феррит, не перешедший при нагреве в аустенит, останется в закаленной стали. В результате получается структура мартенсит + феррит. Феррит, имеющий низкую твердость НВ80, находясь вместе с мартенситом, снижает общую твердость закаленной стали. Этот дефект можно исправить, для этого недогретую сталь отжигают, а затем проводят нормальную закалку.

Перегрев. Перегрев получается в том случае, если сталь была нагрета до температуры намного выше критической или при нормальной температуре была дана очень большая выдержка.

В доэвтектоидной стали в случае выделения феррита из крупных зерен аустенита при ускоренном охлаждении в интервале критических точек Ar3-Ar1 феррит приобретает форму пластин и получается так называемая видманштеттова структура.

В результате нагрева при закалке образую крупноигольчатый мартенсит. Механические свойства перегретой стали низкие. Исправить перегрев, возникший при отжиге, можно повторным отжигом или нормализацией. Сталь, перегретую при закалке, отжигают и вновь закаливают.

Пережог.

Пережог получается в том случае, если сталь нагрета до температуры начала плавления. Пережог характеризуется оплавлением и в связи с этим окислением металла по границам зерна; поэтому сталь становится очень хрупкой. Пережог является неисправимым браком.

Окисление и обезуглероживание.

Окисление и обезуглероживание стали при нагреве-это результат взаимодействия ее с газами, содержащимися в атмосфере печей (кислорода, водорода, углекислого газа). Окисление характеризуется образованием на поверхности детали окалины, а обезуглероживание – выгорание углерода в поверхности детали с образованием структуры феррита.

Окалина, кроме невозвратной потери металла, приводит к неравномерной твердости деталей (пятнистой закалке) и вызывает необходимость дополнительной обработки, удорожающей стоимость деталей.

В результате обезуглероживание резко снижается твердость на поверхности деталей и выносливость.

Лучшим способом предохранения от окисления и обезуглероживания является нагрев в специальных печах с защитой (контролируемой) атмосферой, нейтральной по отношению к стали.

Закалочные трещины. Закалочные трещины обычно образуются при слишком резком охлаждении или нагреве деталей. Способами предотвращения закалочных трещин являются: равномерный нагрев и равномерное охлаждение детали; применение закалки, при которой обеспечивается медленное охлаждение в интервале мартенситного превращения – ступенчатая и изотермическая закалка, закалка в двух средах.

Коробление. Коробление получается вследствие неравномерного охлаждения отдельных мест детали; при короблении изменяется внешняя форма детали. На коробление значительно влияет форма детали и способ погружения детали в охлаждающую среду. Для предотвращения коробления необходимо: правильно выбирать режим закалки – температуру нагрева, скорость и способ охлаждения; применять закалку в закалочных машинах и штампах.

Пятнистая закалка. К пятнистой закалке приводит неравномерное охлаждение поверхности детали во время закалки, наличие на поверхности детали окалины и загрязнений, соприкосновение деталей друг с другом в процессе охлаждения. При пятнистой закалке твердость детали получается неравномерной. Чтобы избежать пятнистой закалки необходимы: защита поверхности деталей от образования окалины в процессе нагрева, очистка деталей перед закалкой, выбор правильного способа охлаждения.

studfiles.net

2.1.2. Отпуск закаленной стали

Отпуск – операция термической обработки, связанная с нагревом закаленной стали ниже температуры фазовых превращений, выдержкой и охлаждением.

Цель отпуска – снятие или снижение внутренних напряжений, возникших при закалке, и получение структуры с заданными свойствами (прочностью, твердостью, пластичностью и вязкостью).

Отпуск необходимо проводить непосредственно после закалки, так как закалочные напряжения через некоторое время могут вызвать появление трещин. Низкая пластичность и значительные внутренние напряжения при закалке стали на мартенсит не позволяют использовать ее без проведения отпуска. При нагреве вследствие диффузионных процессов в структуре закаленной стали происходят фазовые превращения, которые зависят от температуры отпуска и определяют его назначение.

Твердость и прочность стали с повышением температуры отпуска снижаются, а пластичность и вязкость – повышаются. При некоторых условиях отпуска закаленных сталей происходит их «охрупчивание» – потеря пластичности (отпускная хрупкость).

Отпускная хрупкость появляется при температуре 300оС у всех сталей независимо от их состава и скорости охлаждения при отпуске. Для предупреждения охрупчивания необходимо избегать интервал температуры отпускной хрупкости 250 – 350оС.

В зависимости от температуры различают несколько видов отпуска.

Низкотемпературный (низкий) отпуск. Температура нагрева – 150 – 200оС, выдержка – 1 – 1,5 ч. Снижаются внутренние напряжения. Мартенсит закалки переходит в мартенсит отпуска. Этот отпуск обеспечивает максимальную твердость стали и некоторое повышение прочности и вязкости. Твердость (60 – 65 НRС) зависит от содержания углерода в стали. Низкому отпуску подвергают режущий и измерительный инструмент из углеродистых и низколегированных сталей, а также детали после поверхностной закалки или химико-термической обработки и закалки (цементация, нитроцементация).

Среднетемпературный (средний) отпуск. Температура нагрева – 350 – 500оС (чаще 380 – 420оС), выдержка – от 1 – 2 до 3 – 5 ч. Значительно снижаются внутренние напряжения, мартенсит закалки переходит в троостит отпуска, твердость – 40 – 45 НRС. Обеспечивается наилучшее сочетание предела упругости с пределом выносливости (усталостной прочностью).

Этот отпуск проводят в основном для пружин, рессор, мембран и подобных деталей, а также для штампового инструмента. Охлаждение после отпуска рекомендуется проводить в воде, что способствует образованию на поверхности изделий сжимающих остаточных напряжений, повышающих усталостную прочность.

Высокотемпературный (высокий) отпуск. Температура нагрева – 500 – 680оС, выдержка – 1 – 8 ч. Полностью снимаются внутренние напряжения. Структура стали – сорбит отпуска, твердость – 25 – 35 НRС. Создается наилучшее соотношение прочности, пластичности и вязкости стали.

Термическую обработку, состоящую из закалки и высокого отпуска, называют улучшением (термическим). Проводится она для деталей, которые должны обладать повышенной конструктивной прочностью. Улучшению подвергаются детали, выполненные в основном из среднеуглеродистых конструкционных сталей.

studfiles.net

2.1.2. Отпуск закаленной стали

В зависимости от температуры различают несколько видов отпуска.

studfiles.net

1 Закалка и отпуск

Закалка – нагрев доэвтектоидной стали на 30..50°С выше АС3, заэвтектоидной - на 30..50°С выше АС1, выдержка и последующее охлаждение со скоростью выше критической (Рис. 38, 42). Цель закалки – получение структуры мартенсита.

Структуры сталей после закалки:

доэвтектоидных - М+АОСТ,

эвтектоидной - М+АОСТ,

заэвтектоидных – М+АОСТ+ЦII.

Рис. 42. «Стальной угол» диаграммы состояния Fe-Fe3C с нанесенными температурами нагрева под закалку

В качестве закалочных сред применяются: вода, водные растворы солей и щелочей, минеральное масло. Охлаждающая среда должна обеспечивать скорость охлаждения стали выше критической в области наименьшей устойчивости аустенита. В диапазоне температур мартенситного превращения скорость охлаждения желательно замедлить, чтобы уменьшить внутренние напряжения, возникающие при переходе аустенита в мартенсит, и предотвратить возникновение закалочных дефектов. Для углеродистых и низколегированных сталей применяют воду и водные растворы NaCl, NaOH. Для легированных сталей применяют минеральное масло.

Закалка, как правило, не является окончательной термообработкой, после нее следует отпуск.

Отпуск – нагрев закаленной стали до температур ниже АС1, выдержка и охлаждение. Цель отпуска – получение окончательной структуры и свойств стали. Отпуск основан на превращениях мартенсита при нагреве (см. п. 6.3), в результате которых происходит изменение структуры и свойств стали (рис. 43).

Различают три вида отпуска (табл.3). Окончательная термообработка, назначаемая изделию для придания требуемых свойств, состоит из закалки и последующего отпуска. Закалку с низким отпуском применяют для деталей машин и инструмента, от которых требуются высокая твердость и износостойкость. Закалку с последующим средним отпуском – для изделий с повышенными упругими свойствами. Закалку с высоким отпуском (улучшение) – для деталей, работающих при повышенных динамических (ударных) и циклических нагрузках.

Рис. 43. Влияние температуры отпуска на механические свойства закаленной стали

Таблица 3 Характеристика видов отпуска

Виды отпуска	Температура, °С	Структура	Свойства	Применение
Низкий	150…250	Мотп	HRC, σв	Инструмент,подшипники, детали после ХТО и ТВЧ
Средний	350…500	Тотп	σупр, σ-1	Рессоры, пружины
Высокий	500…680	Сотп	КС	Валы, оси, шатуны

7.4.1. Отпускная хрупкость

Существуют определенные температурные интервалы отпуска, в которых снижается ударная вязкость (Рис.44). Понижение ударной вязкости при температурах отпуска называется отпускной хрупкостью.

Отпускная хрупкость I рода (необратимая) наблюдается в температурном интервале среднего отпуска (250…400°С) у всех конструкционных сталей. Её связывают с неравномерным выделением карбидов из мартенсита по границам зёрен. Хрупкость I рода устраняется нагревом до температуры выше 400°С, снижающим, однако, твердость.

Отпускная хрупкость II рода (обратимая) проявляется при температуре 500…550°С в Cr-Ni- и Cr-Mn- улучшаемых сталях. Предполагаемая причина – скопление фосфора и элементов внедрения по границам зёрен при медленном охлаждении. Хрупкость II рода устраняется повторным отпуском с быстрым охлаждением. Для предупреждения обратимой хрупкости стали легируют молибденом (0,3%) или вольфрамом (до 1%).

Рис. 44. Влияние температуры отпуска на ударную вязкость легированной стали

studfiles.net

2.4 Отпуск закаленной углеродистой стали

Отпуском называется способ термической обработки, заключающийся в нагревании закаленной на мартенсит стали до температуры ниже А1, выдержке при температуре нагрева и последующем охлаждении. Отпуск является заключительной операцией окончательной термообработки. После закалки сталь обладает высокой твердостью, но при этом становится хрупкой и из-за этого негодной к эксплуатации. Задачей отпуска является формирование определенной структуры, обеспечивающей придание стали заданных механических и физических свойств.

После закалки состояние стали отличается неустойчивостью. Её энергия Гельмгольца (свободная энергия) больше, чем в равновесном состоянии, которое она приобретает после очень медленного охлаждения из области аустенита. Такое повышение свободной энергии закаленной стали связано с наличием в ее структуре:

А) мартенсита- перенасыщенного твердого раствора углерода в альфа-железе. Пресыщенностью раствора обуславливает его неравновестность;

Б) остаточного аустенита, который неустойчив при температурах ниже А1 (727 С), так как имеет ГЦК решетку вместо решетки ОЦК феррита, устойчивой при этих температурах;

В) повышенной плотности дефектов кристаллического строения. Плотность дислокаций после закалки достигает 1011-1012см-2 , а в незакаленной стали приблизительно равна 108

Г) повышение энергии связано также с возникновением остаточных (закалочных) макронапряжений.

Согласно второму закону термодинамики сталь, представляющая собой термодинамическую систему, должна стремиться к состоянию с минимальным уровнем свободной энергии. Однако при комнатной температуре переход в равновесное состояние затруднен, так как процессы перехода требуют достаточной диффузионной подвижности атомов. При нагреве осуществление этих процессов облегчается.

При нагреве будут протекать процессы, в результате которых должны быть устранены рассмотренные выше причины повышенной свободной энергии стали. К ним относят:

а) распад перенасыщенного твердого раствора мартенсита на ферритно- цементитную смесь, равновесную при температуре ниже Аi. ; Б) распад остаточного аустенита;

в) уменьшение плотности дефектов за счет развития процессов возврата и рекристаллизации; г) понижение уровня закалочных макронапряжений.

Основной процесс при отпуске- распад мартенсита с выделением карбидов. Он образуется в несколько стадий. Уже при комнатной температуре вблизи дислокаций образуются скопления углерода впоследствии упругого взаимодействия атомов углерода с дислокациями. При температурах от 80-100 до 150-180 из этих скоплений формируются мельчайшие когерентные выделения метастабильного Е-карбида( Fe2,4C) имеющего гексагональную кристаллическую решетку. Распад мартенсита на этих стадиях развивается не за счет роста карбидных частиц, а в результате выделения новых частиц карбида в участках мартенсита с исходной концентрацией углерода. При температуре выше 180-200 скорость диффузии углерода в мартенсите увеличивается и становится возможным рост карбидных образований за счет притока атомов углерода из окружающих их областей мартенсита и дальнейшее освобождение последнего углерода При нагреве помимо распада мартенсита и остаточного происходит частичное устранение дефектов закалочных вакансий и частично дислокаций за счет процесса возврата.

Полное освобождение альфа-раствора от избытка растворенного углерода завершается при отпуске в интервале 300-400 в результате чего возникает структура феррита и мельчайшего цементита, называемая трооститом отпуска. Отпуск при 300-400 называется средним, а отпуск которых отпускает мартенсит и получает отпущенный мартенсит, называется средним.

После отпуска в интервале от 500-600 формируется структура ферритно-цементитной смеси, именуемая сорбитом отпуска. В сорбите отпуска цементитные частицы имеют округлую форму, в отличие от пластинчатой у сорбита, полученного при непрерывном охлаждении из области аустенита. Отпуск, при котором получается эта структура, называется высоким

Рис-1 Изменение механических свойств стали 40 в зависимости от температуры отпуска и сравнение их свойствами стали после закалки и отжига.

Низкий отпуск дается для некоторого увеличения ударной вязкости за счет частичного снятия микро- и макронапряжений, при сохранении высокой твердости, для стабилизации структуры, физических свойств и размеров изделий.

Совокупность двух способов термообработки-закалки и высокого отпуска- называется улучшением.

studfiles.net

2.1.2. Отпуск закаленной стали. Отпуск закаленной стали

Отпуск закаленных сталей

Отпуск закаленных сталей

Похожие статьи:

4. Отпуск стали

5.Термомеханическая обработка стали

2.1.2. Отпуск закаленной стали

2.1.2. Отпуск закаленной стали

1 Закалка и отпуск

2.4 Отпуск закаленной углеродистой стали