Отпускная хрупкость. Упрочняющая термическая обработка конструкционных сталей используется с целью достижения в металле изделий наиболее высоких уровней механических свойств

Упрочняющая термическая обработка конструкционных сталей используется с целью достижения в металле изделий наиболее высоких уровней механических свойств. При этом после закалки используется отпуск для достижения оптимального соотношения прочности-пластичности и вязкости в металле обрабатываемых изделий. Однако на практике оказалось, что после отпуска закаленных стальных деталей в определенных температурных интервалах отпуска вместо повышения пластичности и вязкости металл катастрофически терял вязкость и приобретал повышенную температуру порога хладноломкости. Резкое снижение ударной вязкости металла закаленных деталей после отпуска в интервалах 250-400°С и 450-550°С исключает использование отпуска при таких температурах, что не позволяет достигать в металле изделий наиболее выгодных соотношений прочности, пластичности и вязкости. Поэтому усилия многих ученых направлены на изучение особенностей химических составов и процессов структурообразования в сталях при термической обработке с целью определения причин, вызывающих охрупчивание закаленного металла при отпуске.

Хрупкость - способность материала разрушаться при незначительных деформациях (преимущественно в упругой области) под действием напряжений, средний уровень которых ниже предела текучести.

Отпускная хрупкость (ОХ) - аномальное снижение энергии разрушения закаленного металла после отпуска в определенных температурных интервалах (рис. 2.1).

В отечественной технической литературе различают два вида отпускной хрупкости:

1. Отпускная хрупкость первого рода (необратимая отпускная хрупкость);

2. Отпускная хрупкость второго рода (обратимая отпускная хрупкость).

В литературе также можно встретить различные названия температурным интервалам отпуска, вызывающим охрупчивание (уменьшение уровня вязкости) закаленных конструкционных сталей.

1) 250-400°С - необратимая отпускная хрупкость (или отпускная хрупкость 1-го рода);

2) при температурах повторного отпуска 450-550°С, независимо от интенсивности охлаждения, после отпуска проявляется необратимая отпускная хрупкость второго рода (необратимая высокотемпературная отпускная
хрупкость);

3) после медленного охлаждения с температур отпуска 450-650°С проявляется обратимая отпускная хрупкость (отпускная хрупкость стали).

Рисунок 2.1 - Кривые изменения значений ударной вязкости при +20⁰С закаленной и
отпущенной при разных температурах стали 37ХН3А (Смирнов Л.В., Садовский В.Д.):

1 - интенсивное охлаждение закаленной стали после отпуска (1ч) в воде;

2 - отпуск для стали после ВТМО

Рисунок 2.2 - Влияние отпуска на ударную вязкость закаленной легированной стали (Гуляев А.П.):

1- быстрое охлаждение после отпуска;

2- медленное охлаждение после
отпуска

В иностранной литературе эти процессы чаще всего называют охрупчиванием отпущенного мартенсита (250 - 400°С) и отпускное охрупчивание
(400 - 650°С), а исследованию этой проблемы посвящено также много работ.

В отечественной технической литературе опубликовано большое количество результатов исследований указанной проблемы [8 - 13 и др.]. Одним из
интересных обзоров, опубликованных на русском языке в последние 10 лет по этому вопросу, является работа Брайент К.Л., Бенерджи С.К. [14].