Основные понятия теории термической обработки

5.1. Факторы, влияющие на термическую обработку.

Термической обработкой называют процессы, заключающиеся в тепловом воздействии на сплав по определенным режимам для изменения его структуры и свойств. От термической обработки за­висят качество и стойкость деталей и инструмента.

На результат термической обра­ботки влияют следующие факторы: время (скорость) на­грева, температура нагрева, время (продолжительность) выдержки, время (скорость) ох­лажде­ния. Таким образом, ос­новными фак­торами термической обработки явля­ются температура и время. По­этому процесс термической обработки обычно изображают в виде гра­фика в координатах «температура t – время τ». Если термическая обра­ботка состоит только из одной операции, то она называется простой, а если из нескольких опера­ций — сложной.

К операциям термической и химико-термической обработки относят: отжиг (полный, неполный, изотермический, на зернистый перлит, диффузионный и рекристаллизационный); нормализацию; закалку (непрерывную в одной среде, прерывистую, ступенчатую, изотермическую, различные виды поверхностной закалки); отпуск; старение; обработку холодом; термомеханическую обработку; цементацию; азотирование; цианирование; нитроцементацию и др.

5.2. Термическая обработка и диаграммы состояния.

Основные виды термической обработки — отжиг (с фазовой пе­рекристал­лизацией) и закалка с отпуском — применимы только для тех сплавов, которые образуют диаграмму состояния с ограничейной раство­римостью компонентов в твердом состоянии уменьшающейся с пониже­нием температуры (рис. 25, а)или с полиморфными превращениями (рис. 25,б).В первом случае (см. рис. 25,а) при нагреве сплавов с концентрацией компонента В от точки S до точки E можно получить однородный

твердый раствор αи быстрым охлаждением зафиксировать его при температуре 20˚ С (закалка) с получением пересыщенного твердого раствора. При этом наиболее часто прочность несколько повышается, а пластич­ность не изменяется. При последующем нагреве (отпуске) будет происходить выделение из пересыщенного раствора α избыточной фазы В. При этом резко повышаются прочность и твердость и не­сколько снижается пластичность. Во втором случае (см. рис. 25, б)из исходного состояния α+ В-фаз при нагреве можно получить γ-фазу. При последующем медленном охлаждении вновь образуются α + В-фазы (отжиг с фазовой перекристаллизацией), а при быстром охлаждении (закалке) будет фиксироваться фаза, называе­мая мартенситом, обладающая высокой твердостью и прочностью.

5.3. Превращения в стали при нагреве.

Превращение перлита в аустенит. Согласно нижней левой части диаграммы состояния железо—цементит (рис. 26) при нагреве стали перлит превращается в аустенит при температуре критиче­ской точки А ₁(линия PSK, температура 727° С). В действитель­ности превращение перлита в аустенит (а также и обратное пре­вращение аустенита в перлит) не может происходить при

727° С, так как при этой температуре свободная энергия перлита равна свободной энергии аустенита (рис. 27). Поэтому для превращения перлита в аустенит температура нагрева должна быть обязательно немного выше равновесной температуры 727° С, т. е. должен быть так называемый перенагрев, так же как для превращения аусте­нита в перлит должно быть обязательно некоторое переохлаждение.

Процесс превращения перлита в аустенит в эвтектоидной стали (содержащей 0,8% С) при нагреве происходит следующим образом (рис. 28). Сталь в исходном состоянии представляет смесь фаз феррита (α-железо) и цементита (рис.28.а). При нагреве несколько выше критической точки А ₁(727° С) на границе ферритной и цементитной фаз начинается превращение α→ γ,приводящее к образованию низкоуглеродистого аустенита, в котором растворяется це­ментит (рис. 28.б).Образующийся аустенит химически неоднороден. Концентрация углерода на границе с цементитом значи­тельно выше, чем на границе с ферритом. Превращение α→ γ про­текает быстрее, чем растворение цементита, и поэтому, когда все α-железо (феррит) превратится в γ-железо (аустенит), цементит еще остается (рис.28.д). После растворения всего цементита превращение заканчивается (рис.28.е),но образовавшийся аустенит имеет неравномерную концентрацию углерода по объему, уменьшаю­щуюся от центра к периферии зерна. Только после дальнейшего повышения температуры или дополнительной выдержки аустенит в результате диффузии углерода становится однородным по всему объему.

На скорость превра­щения перлита в аустенит влияют многие факторы: температура превращения, скорость нагрева, дисперсность исходной структуры, химический состав стали.

Рост зерна аустенита при нагреве. Зерна аустенита, обра­зующиеся при нагреве стали выше критической точки А₁, полу­чаются

мелкими (начальное зерно аустенита). При повышении температуры происходит рост зерен, заключающийся (как один из механизмов роста зерна аус­тенита) в слиянии и погло­щении более мелких зерен более крупными. При росте зерна атомы переходят (в ре­зультате самодиффузии) от соседнего зерна к растущему через границу, вследствие чего границы зерен перемещаются.

От размера зерна аустенита, образовавшегося при нагреве (действительного зерна), зависит размер зерна продуктов распада аустенита. Если зерно аустенита мелкое, то и продукты распада аустенита получаются мелкими. От размера действительного зерна зависят также механические свойства стали, главным обра­зом вязкость, значительно понижающаяся с увеличением размера зерна.

Размер наследственного (природного) зерна влияет на техно­логические свойства стали. Если, например, сталь наследственно мелкозернистая, то ее можно нагревать до высокой температуры (950—1000° С), не опасаясь получения крупного зерна.

5.4. Превращения в стали при охлаждении.

Распад переохлажденного аустенита (диаграмма изотермиче­ского превращения аустенита). Распад аустенита может происхо­дить только при температурах ниже 727° С (критическая точка А ₁). Следова­тельно, для распада аустенит должен быть переохлажден. От степени переох­лаждения, т. е. от температуры, при которой происходит распад аустенита, зависят скорость пре­вращения и строение продуктов распада аустенита. Законо­мерности этого про­цесса характеризу­ются диа­граммой изотермического превращения аустенита, т. е. распадом аустенита при постоянной температуре.

Если нагретую до состояния аустенита сталь быстро охладить до температуры ниже температуры в критической точке А ₁и затем выдер­жать при данной температуре, то превращение аустенита в ферри­тоце­ментитную смесь будет проходить в течение определен­ного времени. Та­кой процесс превращения аустенита при постоян­ной температуре (изо­термический процесс) можно охарактери­зовать зависимостями, приве­денными на рис. 29. После охлажде­ния стали до температуры t ниже тем­пературы в критической точке А ₁аустенит сохраняется нераспавшимся некоторое время (отре­зок о — а на рис. 29). Этот период времени называ­ется инкубацион­ным периодом. По исте­чении инкубационного пе­риода начинается рас­пад ау­стенита на фер­рито-це­ментитную смесь. С те­чением вре­мени аусте­нит распада­ется все больше (отрезок а — б). Полный распад аусте­нита заканчивается по истечении времени, рав­ного отрезку а — в (рис. 29).Следова­тельно, для распада ау­стенита на феррито-це­ментитную смесь при какой-то оп­ределенной темпе­ратуре требуется определенное время.

По эксперимен­тальным кривым, полу­ченным для многих тем­пе­ра­тур переохлаждения (t ₁, t ₂, и т. д.), можно построить диаграмму изо­термического превращения аустенита. Построе­ние такой диа­граммы производится следующим образом. Эксперимен­тальные кривые совмещают на одной диаграмме (рис. 30.а). По осям ко­ординат диаграммы (рис. 30.б) откладывают время (ось абсцисс) и темпе­ратуру распада аустенита (ось ординат). В связи с тем, что время распада аустенита может изменяться от несколь­ких секунд до нескольких часов, для удобства построения приме­няется логарифмическая шкала времени (ln τ). Затем проводят ли­нии, соответствующие температуре в точке А ₁и температуре начала мартенситного превращения (точка М_н *). Точки а (начала распада аустенита) и б (окончания распада) для каждой температуры превращения переносят на соответствующие горизон­тали темпе­ратур. Затем точки а ₁ а ₂ и т. д. соеди­няют, в результате чего полу­чается левая кривая диаграммы. После пере­носа соединения то­чек б ₁, б₂ и т. д. получается пра­вая кривая диаграммы. Получив­шиеся кривые похожи на русскую букву С, поэтому их и называют С-кривыми. Левая кривая характеризует начало распада, а пра­вая — окончание распада аусте­нита на феррито-цемен­титную смесь. В области между вертикальной осью и левой кривой аустенит находится в переохлажденном состоянии (инку­бационный пе­риод).

Приведенная на рис. 31 диаграмма изотермического распада: аусте­нита характерна для эвтектоидной стали.

В зависимости от степени переохлаждения аустенита различают три температурные области превращения: перлитную, промежу­точного превращения и мартенситную.

Перлитное превращение. Перлитная область распространяется на интервал температур от кри­тической точки А ₁до изгиба С-кривой (~550° С). Распад аустенита с образованием перлита (эвтектоидный рас­пад) является диффузион­ным процессом и развива­ется в результате флуктуа­ции состава (неоднородно­сти в распределении угле­рода в аустените). Перед распадом углерод диффун­дирует внутри аустенитаи скапливается на границах зерен аустенита, в результате чего образуются зародыши цементита. Рост зародышей цементита происходит из-за диффузии углерода из при­легающего аустенита, что приводит к обеднению угле­родом аустенита, окружаю­щего образовавшиеся пла­стинки цементита, и способ­ствует превращению его в феррит. Поэтому рядом с

пластинками цементита об­разуются пластинки феррита. Таким образом, возникают участки перлита, в которых пластинки цементита и фер­рита расположены параллельно.

Структура, состоящая из чередующихся параллельных пластинок феррита и цементита, характерна для всей перлитной области (от точки А ₁до изгиба С-кривой). Разница заключается только в том, что с увеличением переох­лаждения ниже 727° С (с понижением температуры превращения) пластинки феррита и цементита становятся более тонкими и искривленными, что характеризуется межпластиночным расстоянием l ₀, под которым понимают сумму толщин двух соседних пластинок феррита и цементита. С уменьшением межпластиночного расстояния значительно изменяются механические свойства — повышается прочность и твердость и уменьшается пластичность. Под перлитом понимают продукты эвтектоидного распада аустенита, образующиеся при темпе­ратурах 650—700° С (l ₀ = 0,6÷1,0 мкм; НВ 180—250). Если аустенит переохлажден до 600—650° С и при этих темпера­турах распадается, то образующаяся более мелкая феррито-цементитная смесь называется сорбитом (l ₀ = 0,25÷0,3 мкм; НВ 250–350). При переохлаждении аустенита до 500—600° С образуется еще более мелкая феррито-цементитная смесь, назы­ваемая трооститом (l ₀ = 0,1÷0,15 мкм; НВ 350—450).

Мартенситное превращение. Мартенсит имеет совершенно отличную от других структур природу и образуется не так, как феррито-цементитные смеси. Характерной особенностью аустенито-мартенситного превращения является его бездиффузионный ха­рактер.

При большом переохлаждении углерод не успевает выделиться из твердого раствора (аустенита) в виде частиц цементита, как это происходит при образовании перлита, сорбита и троостита. Ре­шетка γ-железа перестраивается в решетку α-железа. Углерод остается внутри решетки α-железа, в результате чего получается пересыщенный твердый раствор углерода в α-железе.

Значительное пересыщение α-железа углеродом вызывает изме­нение объемно-центрированной кубической решетки в тетраго­нальную, элементарной ячейкой которой является прямоугольный параллелепипед (рис. 32). Атомы углерода в такой ячейке распола­гаются в межузлиях (что характерно для твердого раствора вне­дрения) или в центре основания (сторона а), или в середине удли­ненных ребер (сторона с). Степень тетрагональности, характеризу­ющаяся отношением осей с/а, увеличивается с повышением содержания углерода в твердом растворе, достигая в стали, содержащей 1,7% С, величины 1,08.

Из изложенного следует, что мартенсит является пересыщен­ным твердым раствором внедрения углерода в α-железе. Превраще­ние аусте-

нита в мартенсит протекает в определенном интервале температур. При охлаждении оно начинается при некоторой температуре в точке М _н(см. рис. 30), кото­рая в отличие от начала перлитного пре­вращения не зависит от скорости охлажде­ния (для данной стали). Все большее пре­вращение аустенита в мартенсит происхо­дит по мере понижения температуры и заканчивается при температуре в точке М _к (см. рис. 31).

Характерным для мартенситного превращения является то, что даже при температуре конца мартенситного превращения (точка М _к) не происходит полного образования мартенсита. Аустенит частично остается не превращенным в мартенсит и назы­вается остаточным аустенитом.

Если в мартенситном интервале охлаждение приостановить и дать выдержку, то превращение аустенита в мартенсит почтисразу же прекращается. Эта особенность резко отличает мартенситное превращение от перлитного, которое полностью протекает при постоянной температуре ниже А _i. При выдержке при темпе­ратурах, близких температуре в точке М _к, не только прекращается образование мартенсита, но увеличивается стойкость аустенита против мартенситного превращения при последующем охлаждении.

Мартенситный интервал температур (точки М _ни М _к ) опреде­ляется химическим составом аустенита. Чем больше в аустените углерода, тем при более низкой (но постоянной) температуре про­исходит превращение аустенита в мартенсит (рис. 32). Температура в точке М _к, так же как температура в точке М _н, понижается с по­вышением в аустените углерода. При содержании углерода более 0,6% мартенситное превращение заканчивается при температурах ниже нуля. Поэтому для того чтобы в высокоуглеродистых сталях получить большее количество мартенсита, их следует охлаждать до температур ниже нуля. Практически в ряде случаев стали подвер­гают такой обработке, которая называется обработкой холодом. Большинство легирующих элементов (хром, марганец, никель и др.) снижает температуру мартенситного превращения (М _н ) и увеличивает количество остаточного аустенита. Кобальт повы­шает температуру мартенситного превращения и уменьшает коли­чество остаточного аустенита, а кремний не оказывает никакого влияния.

Аустенито-мартенситное превращение сопровождается увели­чением объема. Все структуры стали можно расположить (от макси­-

мального объема к минимальному) в следующий ряд: мартенсит—троостит—сорбит—перлит—аустенит.

При аустенито-мартенситном превращении мартенсит обра­зуется в форме пластин, но обнаружить в плоскости шлифа мартенситную пластину трудно. Обычно в зависимости от угла сечения пластин плоскостью шлифа они наблюдаются под микроскопом в виде игл различной толщины.

Мартенситные пластины (иглы) образуются почти мгновенно, со скоростью более 1000 м/с, только в пределах аустенитного зерна и не переходят границу между зернами. Поэтому размер игл мартенсита зависит от размера зерен аустенита. Чем мельче зерна аустенита, тем мельче иглы мартенсита и структура характеризуется как крупноигольчатый или мелкоигольчатый мартенсит.

Промежуточное (бейнитное) превращение. Область промежуточ­ного превращения (промежуточное между перлитным и мартенситным) распространяется от изгиба С-кривой (~550° С) до критиче­ской точки М н. При изотермической выдержке в этой области температур образуется структура, называемая бейнитом (игольчатым трооститом).

Промежуточное (бейнитное) превращение аустенита сочетает элементы перлитного и мартенситного превращений. В начальной стадии углерод в переохлажденном аустените перерас­пределяется с образованием обогащенных и обедненных углеродом участков аустенита. Участки обедненного аустенита претерпевают мартенситное γ—α-превращение. С течением времени при постоянной температуре переохлаждения образовавшийся мартенсит распадается на феррит и цементит. Из участков аустенита, обогащенных углеродом, выделяется цементит; аустенит обедняется углеродом, и, как указано выше, сначала происходит мартенситное превращение, а затем распад мартенсита на феррито-цементитную смесь.

В зависимости от температуры изотермической выдержки микроструктура и механические свойства бейнита различны. Бейнит, образующийся при более высокой температуре (немного ниже изгиба С-кривой), называется верхним бейнитом; он имеет, перистое строение, напоминающее строение перлита, в связи с тем, что цементитные частицы располагаются между пластинами α-фазы, твердость верхнего бейнита НВ 450. Бейнит, образующийся при более низкой температуре (немного выше температуры мартенситного превращения), называется нижним бейнитом: он имеет игольчатое строение, очень похожее на строение мартенсита, в связи с тем, что цементитные частицы располагаются внутри пластин α-фазы, твердость нижнего бейнита НВ 550. По сравнению с перлитными структурами пластины цементита в бейните короче, толщина и длина их уменьшаются по мере снижения температуры превращения.

Влияние легирующих элементов на изотермический распад аустеншпа. На изотермический распад аустенита легирующие элементы оказывают очень большое влияние. Все легирующие элементы, за исключением кобальта, замедляют изотермический распад аустенита. Кобальт является единственным элементом, ускоряющим распад аустенита.

Для сталей, легированных элементами, не образующими кар­бидов (никель, кремний, алюминий и др.), кривые изотермического распада аустенита сохраняют свой С-образный вид, как и для угле­родистой стали, но располагаются правее. Чем больше легирующего элемента, тем дальше кривые удалены от вертикальной оси.

Для сталей, легированных карбидообразующими элементами (хром, вольфрам, ванадий, молибден и др.), кривые изотермиче­ского распада не сохраняют С-образный вид, а становятся как бы двойными С-образными кривыми с двумя зонами минимальной устойчивости аустенита и расположенной между ними зоной макси­мальной устойчивости аустенита.

5.4.1.Превращение аустенита при непрерывном охлаждении.

Терми­ческая обработка стали обычно осуществляется не при по­стоян­ной температуре, а путем непрерывного охлаждения после нагрева с получением аустенита. Так как построение кривых охлаждения произво­дится в тех же координатах «температура—время», что и диаграмма изо­термического превращения аустенита, то для рас­смотре­ния превращения аустенита при непрерывном охлаждении нанесем кривые охлаждения на диаграмму изотермиче­ского пре­вращения переохла­жденного аустенита эвтекто­идной углероди­стой стали (рис. 33).

При небольшой скоро­сти охлаждения кривая υ ₁пе­ресе­кает линии диаграммы изо­термического распада ау­сте­нита при высоких темпера­ту­рах и малом переохлажде­нии, и продуктом превраще­ния будет перлит. С увеличе­нием

скорости охлаждения кривые υ ₂ и υ ₃ пересекают линии диаграммы при более низких температурах и боль­ших пе­реохлаждениях, и про­дуктами превращений будут бо­лее мелкие феррито-цемен­титные смеси — сорбит и троостит. При еще большей скорости охлаждения (кривая υ ₄) не проис­ходит полного распада аустенита на феррито-цементитную смесь, а часть его переохлаждается до точки М _н, в результате чего образуется структура, состоящая из троостита и мартенсита. При очень боль­шой скорости охла­ждения (кривая υ ₅ ) пре­вращения аустенита в феррито-цементитную смесь не происходит; весь аустенит пере­охлаждается до температуры в точке М _н и превращается в мартен­сит. Кривая охлаждения υ _к (касательная к вы­ступу изотермиче­ской кривой) характеризует минимальную скорость охлаждения, при которой образуется мартенсит без продуктов перлитного рас­пада, и называется критической скоростью закалки.

Величина критической скорости закалки имеет большое прак­тическое значение для закалки, при которой обычно получают структуру мартен­сита. В зависимости от величины критической скорости закалки выбирают охлаждающую среду. На критическую скорость закалки влияют химический состав стали, температура нагрева, устойчивость и однородность аустенита, размеры зерна.

Если закаливать углеродистую сталь, нагретую до состояния однородного аустенита (доэвтектоидную — выше точки Ас ₃и заэвтектоидную — выше точки Аст), то с увеличением в стали углерода в связи с повышением устойчивости аустенита против распада критическая скорость закалки понижается. Но практически заэвтектоидную сталь нагревают при закалке не выше точки Аст, а выше точки Ас ₁,когда при нагреве сохраняется избыточный цементит, ускоряющий распад аустенита и тем в большей степени, чем его больше. Поэтому при закалке заэвтектоидной стали от оптимальной температуры критическая скорость закалки с увеличением в стали содержания углерода повышается.

Критическая скорость закалки легированной стали также за­висит от того, растворен ли легирующий элемент в аустените или находится в виде карбидов. Критическая скорость закалки пони­жается только в том случае, если легирующий элемент растворен в аустените. При наличии карбидов, наоборот, критическая ско­рость закалки повышается. Так влияют все легирующие элементы, за исключением кобальта. Кобальт является единственным эле­ментом, повышающим критическую скорость закалки.

Легирующие элементы, повышая устойчивость переохлажден­ного аустенита, уменьшают критическую скорость закалки и тем в большей степени, чем дальше от вертикальной оси расположены кривые изотермического превращения. Это видно, если на кривые изотермического пре-

вращения углеродистой и легированной стали наложить кривые непрерывного охлаждения.

5.5. Изменение структуры при отпуске.

Находясь в напряженном и неустойчивом состоянии, закаленная сталь стремится к своему устойчивому стабильному состоянию, т. е. к превращению мартен­сита и остаточного аустенита в феррито-цементитную смесь.

При нагреве (отпуске) закаленной стали наблюдаются четыре превращения: первое превращение — при нагреве до 200° С, вто­рое — в интервале 200—300° С, третье — при 300—400° С, чет­вертое — при температуре выше 400° С. При первом превращении из пересыщенного α-твердого раствора (мартенсита) выделяется углерод, в связи с чем тетрагональность решетки уменьшается и соотношение осей с/а приближается к единице. В результате на­грева до 200° С содержание углерода в мартенсите снижается и особенно значительно в высокоуглеродистой стали. Угле­род выделяется в виде мельчайших пластинок карбида железа, имеющего гексаго­нальную решетку и формулу, близкую к Fе₂С.

Образовавшийся в резуль­тате первого превращения мартенсит называется мартен­ситом отпуска и представляет собой смесь пересыщенного твердого раствора углерода в α-железе неодно­родной концентрации и карбида, еще полностью не обособившегося от ре­шетки мартенсита. Отпуск изменяет окраску игл мартенсита: в мартенсите закалки иглы светлые, а после отпу­ска — темные.

При втором превращении (нагрев до 200—300° С) продол­жается распад мартенсита; содержание углерода в пересыщенном α-рас­творе снижается приблизительно до 0,15%. Кроме того, одновре-

менно происходит распад остаточного аустенита с превращением его в мартенсит отпуска. Таким образом, после второго превраще­ния в твердом растворе (мартенсите) содержится небольшое коли­чество углерода и в связи с этим тетрагональность решетки незна­чительна.

Третье превращение (нагрев до 300—400° С) характеризуется полным распадом α-твердого раствора (мартенсита) на феррито-цементитную смесь, обособлением цементита (устранение когерентности решеток α-раствора и цементита) и уменьшением напряжений. Одновременно карбид (Fe₂C) превращается в цементит (Fе₃С). В результате третьего превращения образуется троостит отпуска.

При четвертом превращении (нагрев выше 400° С) интенсивно протекает коагуляция (укрупнение) и сфероидизация (скругление) частиц цементита. Скорость этих процессов при отпуске зависит от скорости диффузии углерода и растет с температурой. При 500—600° С троостит отпуска превращается в сорбит отпуска (с зернистой формой цементита), а при более высоких температурах (650—700° С) сорбит отпуска превращается в зернистый перлит.

Влияние отпуска на механические свойства. Изменение струк­туры при отпуске вызывает изменение механических свойств зака­ленной стали. С повышением температуры отпуска твердость и прочность снижаются, а пластичность и вязкость повышаются.

В связи с благоприятным сочетанием механических свойств, получающихся после закалки и отпуска при 600—650° С (высокого отпуска), такую обработку, называемую улучшением, часто при­меняют на практике. В результате улучшения получается струк­тура сорбита с зернистой формой цементита. Структуру сорбита можно получить и при непосредственном распаде аустенита в верхней зоне С-кривой. Но в этом случае сорбит получается с цементитом пластинчатой формы. Механические свойства сорбита отпуска несколько отличаются от свойств сорбита закалки. При одинаковом значении предела прочности сталь, имеющая зернистую структуру, обладает большей пластичностью по сравнению со сталью, имеющей пластинчатую структуру.

5.5.1.Влияние легирующих элементов на превращения при отпуске.

Легирующие элементы влияют на диффузионные процессы, связанные с выделением и коагуляцией карбидов и происходящие при отпуске закаленной стали.

Некоторые легированные стали обнаруживают явление отпуск­ной хрупкости, выявляемой только при испытании на ударную вязкость. Различают два вида отпускной хрупкости (рис. 34): первого рода (необратимую), при отпуске в интервале 250—400° С, и второго рода (обратимую), при отпуске в интервале 450—650° С.

Причиной отпускной хрупкости первого рода является распад мартенсита с выделением карбидов по границам бывших аустенитных зерен при отсутствии его распада внутри зерна. В результате прочность граничных слоев и внутри зерна получается различной и менее прочные граничные слои служат концентраторами напряжений, вызывающими хрупкое разрушение с характерным межкристаллитным изломом по границам бывших аустенитных зерен. Отпускная хрупкость этого вида вызывается необратимыми про­цессами в граничном слое, поэтому она необратима и не зависит от скорости охлаждения после нагрева. Повторный отпуск при той же температуре не устраняет хрупкости. При повышении температуры отпуска выше 400° С распад мартенсита распространяется и в глубь зерна, в результате чего структура выравнивается и хруп­кость устраняется, но при этом снижается твердость. Повторный нагрев при 250—400° С отпускной хрупкости не вызывает. Кроме легированных сталей отпускная хрупкость первого рода свойст­венна и углеродистым сталям.

Отпускная хрупкость второго рода возникает только в том случае, если охлаждение после нагрева медленное (с печью или на воздухе). Причиной хрупкости является выделение по границам зерен каких-либо фаз (фосфидов, карбидов, нитридов или других). При быстром охлаждении после нагрева (в воде или масле) эти фазы выделиться не успевают и хрупкости не наблюдается. Ха­рактерной особенностью отпускной хрупкости второго рода является ее обратимость. Если сталь с низкой ударной вязкостью, возникшей из-за медленного охлаждения после нагрева, вновь нагреть до температуры отпуска и быстро охладить, она стано­вится вязкой, и, наоборот, если сталь с высокой ударной вязкостью, полученной при быстром охлаждении после нагрева, вновь на­греть до температуры отпуска и охладить медленно, она становится хрупкой.

Наиболее восприимчивы к отпускной хрупкости второго рода стали, содержащие повышенное количество фосфора или марганца, а также хромомарганцевые и хромоникелевые стали. Введение в сталь небольшого количества молибдена (0,2—0,3%) или вольф­рама (0,5—0,7%) значительно уменьшает склонность стали к отпускной хрупкости второго рода.

Вопросы для повторения раздела.

1. Назовите факторы термической обработки.

2. Опишите механизм образования аустенита при нагреве стали.

3. Каким образом получают диаграмму изотермического превращения аустенита?

4. Чем отличается механизм перлитного превращения от промежуточного и мартенситного?

5. Что определяет устойчивость переохлажденного аустенита?

6. Как влияют легирующие элементы на диаграмму изотермического распада аустенита?

7. Как получить структуру сорбит и мартенсит в углеродистой стали с содержанием углерода 0,5%?

8. Опишите фазовый состав стали после первого превращения при отпуске.

9. Укажите основные процессы, происходящие при втором, третьем и четвертом превращениях.

10. Как влияет отпуск на механические свойства стали?

11. Как влияют на отпуск легирующие элементы?

12. Укажите причины необратимой и обратимой отпускной хрупкости.