Старение и отпуск

Закалка.

Как и отжиг второго рода используется для изменения структуры и свойств металлов и сплавов. После термообработки получают неравновесную структуру со свойствами существенно отличными от свойств в равновесном состоянии. Основные параметры: температура нагрева и скорость охлаждения. Нагрев производится выше температуры начала фазовых превращений. Время выдержки должно быть достаточно для необходимых структурных превращений, а скорость охлаждения достаточно велика, чтобы обратные превращения, связанные с диффузионными процессами, не успели произойти.

Существуют два резко различных вида закалок: закалка без полиморфного превращения и закалка с полиморфным превращением.

Закалка без полиморфного превращения применима к любым сплавам, в которых при нагреве одна фаза полностью или частично растворяется в другой. После закалки образуется пересыщенный твердый раствор компонента А в компонент В. Такой вид закалки характерен при обработке цветных сплавов.

Закалка с полиморфным превращением возможна для любых металлов и сплавов, у которых при охлаждении изменяется кристаллическая решетка. При этом образуется новая фаза, называемая мартенситом.

Такая закалка характерна для железоуглеродистых сплавов, у которых различают две разновидности: неполная закалка с нагревом до температур Ac₁ +20 -40,полная закалка с нагревом до температур Асз+20 - 40.

После закалки сплав находится в метастабильном состоянии (пересыщенный твердый раствор) и обладает повышенной_свободной энергией. Свойства его неудовлетворительные. Для ускорения процесса распада твердого раствора его нагревают, подвергают отпуску или старению.

Обычно термин отпуск применяют к сплавам подвергнутым закалке с полиморфным превращением прежде всего к железоуглеродистым сплавам - сталям и чугунам. Для цветных сплавов чаще используется термин 'Старение'.

Превращение Ф+Ц →А

В результате нагрева выше точки Ас1 на границе Ц-Ф возникает слой аустенита и дальнейший его рост при изотермической выдержки идет за счет перемещения межфазовой границы в сторону феррита и цементита. Скорость роста аустенитного зерна в сторону феррита на много больше, чем в сторону цементита, поэтому ферритные пластины растворяются быстрее. После окончания растворения цементита аустенит неоднороден по углероду и для гомогенизации (выравнивания состава) применяется выдержка. Если в исходной структуре находился свободный феррит (доэвтектоидная сталь) или свободный цементит (заэвтектоидная сталь), то для их исчезновения необходим нагрев до более высоких температур и более длительная выдержка.

При непрерывном нагреве температуры окончания образования аустенита и его гомогенизации повышаются с ростом скорости нагревания.

С увеличением дисперсности исходной структуры время окончания всех этапов аустенизации уменьшается, главным образом за счет сокращения путей диффузии углерода.

После окончания аустенизации зерно способно к росту (собирательной рекристаллизации). Размер аустенитного зерна зависит от температуры, выдержки при нагреве и состава стали. Почти все легирующие элементы, кроме марганца тормозят рост аустенитного зерна за счет образования трудно растворимых карбидов и окислов.

Склонность к росту определяется не только химическим составом по основным компонентам, но и технологией металлургического производства.

Различают наследственно крупнозернистые и наследственно мелкозернистые стали. В наследственно крупнозернистых сталях аустенитное зерно интенсивно растет при относительно небольших превышения температуры над точкой Асз до +950-1100°С. Нагрев выше этой температуры также ведет к перегреву, т. е. интенсивному укрупнению зерна и связанному с этим падению вязкости стали после охлаждения. С наследственно мелкозернистой сталью работать легче, т. к, она не боится перегрева в широком интервале температур.

Действительное зерно - это то зерно, которое получают после той или иной операции термообработки, он определяет конечные свойства стали.