double arrow

Отпуск. Процессы, проходящие при отпуске закаленной стали


При отпуске закаленной стали основным процессом является распад мартенсита - распад пересыщенного углеродом твердого раствора α-железа. Поэтому при отпуске должны происходить по существу те же процессы, которые имеют место при старении пересыщенных твердых растворов сплавов с повышающейся при увеличении температуры растворимостью.

В основном это процесс выделения растворенного элемента с образованием второй фазы в условиях малой диффузионной подвижности атомов.Однако распад мартенсита, имея много общего с распадом других пересыщенных твердых растворов, имеет и свои особенности, резко его отличающие.

Причины этих особенностей заключаются, во-первых, в том, что само получение пересыщенного твердого раствора является здесь не простым фиксированием высокотемпературного состояния, а результатом бездиффузионного превращения.

Мартенситный механизм этого превращения приводит к образованию тонкой микро- и субмикроструктуры сплава, к наличию различных неоднородностей и несовершенств строения.
Во-вторых, подвижность атомов растворителя и растворенного элемента чрезвычайно сильно различается.
Наконец, в-третьих, свойства кристаллов твердого раствора сильно зависят от концентрации растворенного элемента.

Большое пересыщение углеродом α-фазы в средне- и высокоуглеродистых сталях обуславливает сильную его неустойчивосгь и существование первой стадии распада при 100-150°С.
Состояние стали, являющееся результатом первой стадии распада мартенсита, получило название отпущенного мартенсита. Сталь в этом состоянии обладает почти столь же высокой твердостью, как и закаленная сталь, однако, более высокой вязкостью.

Рентгенографические исследования показывают, что отпущенный мартенсит представляет собой частично распавшийся твердый раствор α. Кристаллы мартенсита содержат еще значительное количество углерода в растворе: дисперсные частицы карбида, образовавшегося в результате распада, равномерно распределены внутри этих кристаллов.

Состояние отпущенного мартенсита постепенно изменяется в интервале температур отпуска 150-300°С: содержание углерода в растворе падает, появляются частицы цементита, которые обнаруживаются рентгенографически в отпущенной при 200°С стали; количество его растет при повышении отпуска до 300°С.

Концентрация углерода, остающегося в твердом растворе, в средне- и высокоуглеродистых сталях мало зависит от содержания в них углерода. Однако она тем выше, чем выше исходная концентрация.
С повышением температуры различие в количестве растворенного в α-фазе углерода для разных сталей уменьшается.

Такое заключение наглядно подтверждается кривыми теплоемкости, полученными при нагреве закаленных деталей.По температуре нагрева различают низкий, средний и высокий отпуск.
Низкий отпуск (неотпущенный мартенсит (120 - 250°С) широко применяют после закалки инструментов, цементованных и цианированных изделий и после поверхностной закалки.Цель низкого oтпуска - уменьшение остаточных закалочных напряжений; тем­пературу низкого отпуска - выбирают такой, чтобы твердость и износостойкость не снизилась или слабо снизились.Выдержка при темnературе низкого отпуска обычно не превышает 1-3 ч; с даль­нейшим увеличением выдержки остаточные напряжения очень слабо уменьшаются.
Разновидность низкого отпуска - стабилизирующий отпуск.

В закаленной стали даже nри комнатной температуре, а тем бо­лее в результате климатических колебаний температуры происходит медленные (в течение многих лет) процессы распада мартен­сита, перехода остаточного аустенита в мартенсит и снятия напряжений.
Все эти явления ведут к постепенному изменению разме­ров изделия.

Для таких изделий, как мерительный инструмент высокого класса точности и прецизионные подшипники, недопу­стимы изменения размеров даже на насколько микронов.
Поэтому размеры таких изделий необходимо стабилизировать.

Вредное влияние остаточного аустенита устраняют, уменьшая его коли­чество при обработке холодом.
Стабилизации мартен­сита и напряженного состояния достигают низким (стабилизиру­ющим) отпуском при 100-180°С с выдержкой до 30, а иногда и до 150 ч.

Средний отпуск на троостит (350 - 450°С) - сравнительно редкая операция.
Ее используют тогда, когда необходимо соче­тание высокой прочности, упругости и вместе с тем достаточ­ной вязкости.

Среднему отпуску подвергают пружины и рес­соры.

Высокий отпуск на сорбит (450 - 650°С) широко применяют в машиностроении к изделиям из конструкционной стали, которые должны характеризоваться не только достаточной прочностью, но и хорошей сопротивляемостью ударным нагрузкам.

Выдержку при высоком отnуске (обычно несколько часов) подбирают опытным nутем для получения заданного комплекса свойств.

Квазиэвтектоидную сорбитную структуру можно nолучить нормализацией непосредственно из аустенита при охлаждении стали, причем достигают твердости, равной твердости стали после высокого отпуска. Однако при одинаковой твердости относитель­ное сужение и ударная вязкость будут значительно выше у отпущенной стали.Объясняется это тем, что твердость зависит главным образом от дисперсности феррито-цементитной смеси, а на относительное сужение и ударную вязкость сильно влияет форма цементита.

В сорбите, полученном при распаде аустенита, цементит имеет форму длинных пластин, а в сорбите отпуска - форму коротких пластинок с округлыми краями или сфероидаль­ную форму, обеспечивающую более высокую вязкость стали.

Двойная операция получения сорбита - закалка с высоким отпуском - называется улучшением.
Эту операцию применяют к среднеуглеродистым сталям, содержащим от 0,35 до 0,6% С.
Такие стали называются улучшаемые, в отличии от малоуглеродистых цементуемых.


Сейчас читают про: