Основы теории отпуска стали.

Отпуском называются процессы распада неравновесных структур, образовавшихся при закалке. Переход неравновесных мартенсита и ос­таточного аустенита в более устойчивое состояние носит диффузионный характер и идёт тем интенсивнее, чем выше температура отпуска и больше его продолжительность. Различают низко- (до 250°С), средне- (250...550°С) и высокотемпературный (550...680°С) отпуск. При этом происходят следующие процессы:

– распад мартенсита;

– распад остаточного аустенита;

– изменение структуры феррита и карбидные превращения;

– уменьшение остаточных напряжений.

Распад мартенсита идет в несколько этапов. До температур 150°С на границе мартенситных кристаллов и на дефектах возникают час­тицы когерентно-связанного с мартенситом e-карбида (Fe₂С) толщи­ной несколько атомных слоев, длиной несколько нанометров. Мартен­сит приникающих участков обедняется углеродом, тогда как в удален­ных участках высокая концентрация углерода сохраняется, так как диффузия углерода при такой низкой температуре практически не идет. Образуется неоднородный (гетерогенный) мартенсит. Легирую­щие элементы на эту стадию практически не влияют, остаточный аустенит сохраняется неизменным. При 150...350°С продолжается выде­ление из мартенсита e-карбида и его укрупнение. Идет диффузия уг­лерода: его концентрация во всем объеме мартенсита выравнивается и понижается. Искажения решетки уменьшаются и степень тетрагональности с/а стремится к единице. Такая структура называется мартен­ситом отпуска. При температурах 250...350°С e-карбид присо­единяет недостающий углерод и превращается в цементит.

При 250...350°С происходит распад другой неравновесной структур­ной составляющей – остаточного аустенита. Он превращается в ниж­ний бейнит. Легирующие элементы задерживают распад аустенита, так же как и распад мартенсита.

С повышением температуры отпуска до 350...450°С выделение из мартенсита избыточного углерода завершается. Уменьшаются плот­ность дефектов и упругие искажения решетки в феррите. Карбиды перестраиваются в цементиты, укрупняются (коагулируют) и сфероидизируются. Получающаяся структура, состоящая из феррита и рас­пределенного в нем мелкодисперсного цементита, называется трооститом отпуска.

Нагрев выше 450°С не связан с фазовыми превращениями углеро­дистых сталей. Меняется только морфология (форма и размеры) фаз. Уменьшается плотность дислокаций, укрупняются карбиды и ферритные пластинки. Такая структура называется сорбитом отпуска. Сор­бит отпуска имеет оптимальное сочетание прочностных и пластиче­ских составов, поэтому термическую обработку на сорбит – закалку с высоким отпуском называют улучшением.

При очень высоком отпуске (более 650°С и до Ас₁) сорбит отпуска превращается в еще более крупную структуру – перлит отпуска. Присутствие легирующих элементов затрудняет все эти процессы, смещая их в область более высоких температур.

Сорбит и троостит отпуска отличаются от одноименных закалочных структур тем, что цементит отпуска имеет зернистую, а не пластинча­тую форму. Поэтому при одинаковой твердости и прочности сталь после отпуска имеет более высокие показатели пластичности, чем после закалки.

Сложные структурные изменения при отпуске, зачастую протекаю­щие одновременно, могут вызывать различные изменения свойств стали. Так, выделение когерентных e-карбидов, превращение остаточного аустенита в мартенсит или бейнит приводят к упрочнению. Разрыв ко­герентных связей, коагуляция карбидов, уменьшение дефектности феррита и укрупнение его пластин уменьшают прочность и повышают пластичность стали.

Специфический характер имеет изменение ударной вязкости: в целом она возрастает с ростом температуры, но имеются два температурных интервала отпускной хрупкости, когда ударная вязкость падает.

Отпускная хрупкость I рода (необратимая) не устраняется повтор­ным отпуском при тех же температурах. Наблюдается она во всех ста­лях при температурах 250...350 °С независимо от их легированности и объясняется по-разному. Для предотвращения отпускной хрупкости I рода следует избегать проведения отпуска при температурах ее прояв­ления.

Хрупкость II рода (обратимая) наблюдается обычно в легированных сталях. Причиной ее считают выделение хрупких дисперсионных фаз по границам зерен a-фазы и диффузию некоторых элементов (фос­фора) к границам, что вызывает их охрупчивание. Предотвратить от­пускную хрупкость II рода можно путем резкого охлаждения после от­пуска (в масле, воде). Массивные детали, в центральных частях кото­рых невозможно добиться высоких скоростей охлаждения, для пред­отвращения "провалов" ударной вязкости изготавливают из стали, ле­гированной молибденом (0,2...0,3%) или вольфрамом (0,5...1,0%). Они связывают легирующие элементы, не давая им выделиться в виде хрупких частиц по границам зерен.

Дата добавления: 2015-10-21