Как изменяются механические свойства с повышением температуры отпуска

Опубликовано: 17.09.2024

Отпуск – термическая обработка стали, заключающаяся в нагреве закаленной на мартенсит стали до температуры ниже критической, выдержки при этой температуре и охлаждении на воздухе.

Цель отпуска: Улучшение механических свойств закаленной стали, снижение хрупкости, повышение пластичности, некоторое снижение твердости и прочности.

Закалка + Отпуск = Улучшение свойств стали.

Исходная структура – мартенсит закалки: высокое содержание углерода, сильно искаженная кристаллическая решетка, значительное напряжение в структуре, высокая степень неравновесности. Виды отпуска:

1) Низкотемпературный отпуск (низкий отпуск):

Исходная структура – мартенсит закалки, температура отпуска tотп = 150–250° C. В результате отпуска – мартенсит отпуска и карбиды железа.

При повышении температуры активизируется диффузия. Часть атомов углерода покидает кристаллы мартенсита, концентрируется в локальных областях, где образуется карбид железа. Размеры этих карбидов очень небольшие. Результат низкого отпуска: уменьшение степени пересыщенности мартенсита и, как следствие, снижение внутреннего напряжения, немного снижается твердость и прочность. Мартенситная структура в целом сохраняется, снижается склонность стали к хрупкому разрушению.

2) Среднетемпературный отпуск (средний отпуск):

Исходная структура – мартенсит закалки, температура отпуска tотп = 250–450° C. В результате отпуска – тростит отпуска.

При повышении температуры активизируется диффузия. Диффузия углерода при такой температуре достаточна для превращения мартенсита в перлитную структуру, но не достаточна для перемещения углерода на большие расстояния. В итоге образуется смесь феррита и цементита. Особенности среднего отпуска: маленький размер кристаллов, кристаллы равноостные, мелкодисперсные. Такая структура называется тростит отпуска. Такая структура обладает высокой прочностью и твердостью и достаточным запасом пластичности. Используется для ответственных, сильно нагреваемых деталей (пружины, рессоры).

3) Высокотемпературный отпуск (высокий отпуск):

Исходная структура – мартенсит закалки, температура отпуска tотп = 450–650° C. В результате отпуска – сорбит отпуска.Процессы аналогичны среднему отпуску, но увеличивается расстояние, на которое смещаются атомы углерода. Диффузия происходит интенсивнее, чем в случае среднетемпературного отпуска, увеличиваются размеры кристаллов феррита и цементита. Такая структура называется сорбит отпуска. В результате высокого отпуска повышается пластичность, снижается хрупкость, одновременно уменьшается твердость и прочность. Используется для ответственных, сильно нагреваемых деталей под ударными нагрузками.

2)Закономерности усталостного разрушения. Пути повышения предела выносливости.

(не до конца…)

Билет23

Рекристаллизация холоднодеформированных металлов и сплавов. Изменение структуры и свойств при рекристаллизации. Факторы, влияющие на размер зерна после рекристаллизации. Горячая и холодная обработка давлением.

Рекристаллизация – процесс формирования и роста новых недеф. зерен с пониженной плотностью дислокаций, разделенных большеугловыми границами при нагреве наклепанного металла до определенной температуры.

Первичная рекристаллизация(обработки) заключается в образовании центров кристаллизации и росте новых равновесных зерен с неискаженной кристаллической решеткой. Новые зерна возникают у границ старых зерен и блоков, где решетка была наиболее искажена. Количество новых зерен постепенно увеличивается и в структуре не остается старых деформированных зерен.

Приводит к снижению прочностных свойств и повышению пластичности.

Собирательная рекристаллизациязаключается в самопроизвольном росте одних рекристалл. зерен за счет соседних путем перемещения большеугловых границ.

Равноосная мелкозернистая структура.

Происходит при повышенных температурах нагрева.

Вторичная рекристаллизация– образуется структура с высокой неоднородностью зерен и пониженными механическими свойствами. Полиэдрическая структура. При высоких температурах.

Температура начала рекристаллизации связана с температурой плавления:

Основными факторами, определяющими величину зерен металлапри рекристаллизации, являются температура, продолжительность выдержки при нагреве и степень предварительной деформации

С повышением температуры происходит укрупнение зерен, с увеличением времени выдержки зерна также укрупняются.

При холодном деформировании (не выше 0,3Т_пл) увеличиваются прочностные характеристики и понижается пластичность и ударная вязкость. Металлы интенсивно наклепываются в начальной стадии деформирования, затем при возрастании деформации механические свойства изменяются незначительно. Наклеп снижает пластичность металла.

Холодную обработку давлением проводят при температурах ниже температуры рекристаллизации, и она сопровождается наклепом.

Горячую обработку давлением проводят при температурах выше температуры рекристаллизации, поэтому после окончания деформации наклеп уменьшается рекристаллизационными процессами.

2)Закономерности усталостного изнашивания в условиях высоких контактных нагрузок. Подшипниковые стали. Состав, марки, предварительная и упрочняющая обработка.

Основным эксплуатационным свойством подшипников качения, как и смазываемых колес, является контактная выносливость.

Подшипники качения работают, как правило, при низких динамических нагрузках, что позволяет изготовлять их из сравнительно хрупких высокоуглеродистых сталей после сквозной закалки и низкого отпуска. Для производства шариков, роликов и колец подшипников применяют недорогие технологичные хромистые стали ШХ4, ШХ15, ШХ15ГС и ШХ20ГС, содержащие примерно 1% С (ГОСТ 801-78). В обозначении марок буква Ш означает подшипниковую сталь; Х – наличие хрома; число – его содержание в процентах (0,4;1,5;2,0); ГС – легирование марганцем (до 1,7%) и кремнием (до 0,85%)

Прокаливаемость сталей увеличивается по мере повышения концентрации хрома. Сталь ШХ15 предназначена для изготовления деталей подшипников поперечным сечением 10-20 мм; более легированные стали ШХ15СГ и ШХ20СГ – для деталей, прокаливающихся на большую глубину (свыше 30 мм).

Стали поставляют после сфероидизирующего отжига со структурой мелкозернистого перлита (179 - 217 НВ) и повышенными требованиями к качеству металла. В них строго регламентированы карбидная неоднородность и загрязненность неметаллическими включениями, так как, выходя на рабочую поверхность, они служат концентраторами напряжений и способствуют более быстрому развитию усталостного выкрашивания.

Для изготовления высокоскоростных подшипников применяют стали после электрошлакового переплава (к марке таких сталей добавляют бу кву Ш, например ШХ15-Ш), отличающиеся наибольшей однородностью строения. Такие стали необходимы также для изготовления высокоточных приборных подшипников, детали которых тщательно полируют с тех», чтобы обеспечить минимальный коэффициент трения. Это возможно лишь при высокой чистоте металла по неметаллическим включениям.

Детали подшипников подвергают типичной для заэвтектоидных сталей термической обработке: неполной закалке от 820 - 850 °С и низкому отпуску при 150 - 170 °С. После закалки в структуре сталей сохраняется остаточный аустенит (8 - 15%), превращение которого может вызвать изменение размеров деталей подшипников.

Летали крупногабаритных роликовых подшипников диаметром 0,5 -2 м (для прокатных станов, электрических генераторов) изготовляют из сталей 12ХНЗА, 12Х2Н4А, подвергая их цементации на большую глубину (3 - 6 мм).

Для подшипников, работающих в агрессивных средах, применяют коррозионно-стойкую хромистую сталь 95Х18 (0,95% С, 18% Сr).

Закаленная углеродистая сталь характеризуется не только высокой твердостью, но и очень большой склонностью к хрупкому разрушению. Кроме того, при закалке возникают значительные остаточные напряжения. Поэтому закалку углеродистых сталей обычно не применяют как окончательную операцию, хотя она и может сообщить стали высокую прочность (σ_в = 130 / 200 кгс/мм 2 ). Для увеличения вязкости и уменьшения закалочных напряжений после закалки применяют отпуск.

Распад мартенсита, казалось бы, должен приводить к дисперсионному твердению, и в общем случае зависимость прочностных свойств стали от температуры отпуска должна быть качественно такая же, как и при старении цветных сплавов. Однако на рисунке видно, что до температуры отпуска около 100 °С твердость закаленной стали или практически не меняется или слабо (на 1 — 2 единицы HRC) возрастает. С дальнейшим повышением температуры отпуска твердость плавно снижается.

Зависимость твердости углеродистых сталей

Зависимость твердости углеродистых сталей разного состава
от температуры отпуска (Г. В. Курдюмов).

Почему же распад мартенсита с выделением мелких частиц карбидов при низкотемпературном отпуске закаленной стали не вызывает сильного дисперсионного твердения аналогично дисперсионному твердению алюминиевых и других стареющих сплавов?

Объясняется это тем, что из-за высокой подвижности атомов углерода они успевают образовывать сегрегаты на дислокациях уже в период закалочного охлаждения. Таким образом, в период закалочного охлаждения происходит самоотпуск, причем дисперсионное твердение может дойти до стадии максимального упрочнения.

Поскольку углерод, растворенный в α-железе, вносит большой вклад в упрочнение мартенсита (смотрите Изменение свойств сплавов при закалке на мартенсит), то обеднение раствора углеродом при выделении промежуточных карбидов (например, ε-карбида) уже при низких температурах отпуска вызывает разупрочнение.

С ростом температуры отпуска разупрочнение усиливается из-за следующих причин:

уменьшения концентрации углерода в α-растворе;
нарушения когерентности на границе карбид — матрица и снятия упругих микронапряжений;
коагуляции карбидов и увеличения межчастичного расстояния;
развития возврата и рекристаллизации.

В разных температурных интервалах преобладает действие разных факторов разупрочнения в соответствии с интенсивностью развития тех или иных структурных изменений (смотрите Структурные изменения при отпуске сталей). В высокоуглеродистых сталях, содержащих значительное количество остаточного аустенита, распад его с выделением карбида задерживает падение твердости, а в интервале температур 200 — 250 °С даже несколько увеличивает ее.

Влияние температуры отпуска на механические свойства стали 45

Так как упрочняющий отпуск закаленной углеродистой стали не имеет практического значения, то часто с отпуском любых сталей связывают представление об обязательном смягчении, хотя, как будет показано ниже, это представление ошибочно.

Прочностные характеристики углеродистой стали (предел прочности, предел текучести и твердость) непрерывно уменьшаются с ростом температуры отпуска выше 300 °С, а показатели пластичности (относительное удлинение и сужение) непрерывно повышаются. Ударная вязкость, очень важная характеристика конструкционной стали, начинает интенсивно возрастать при отпуске выше 300 °С.

Максимальной ударной вязкостью обладает сталь с сорбитной структурой, отпущенная при 600 °С. Некоторое снижение ударной вязкости при температурах отпуска выше 600 °С можно объяснить тем, что частицы цементита по границам ферритных зерен, растущие за счет растворения частиц внутри α-фазы, становятся слишком грубыми.

«Теория термической обработки металлов»,
И.И.Новиков

Низкотемпературный (низкий) отпуск проводят при нагреве до 250° С. При этом снижаются закалочные макронапряжения, мартенсит закалки переходит в отпущенный мартенсит, повышается прочность и немного улучшается вязкость без заметного снижения твердости. Закаленная сталь (0,6 – 1,3 % С) после низкого отпуска сохраняет твердость 58 – 63 HRC, а следовательно, высокую износостойкость. Однако такое изделие (если оно не имеет вязкой сердцевины) не выдерживает значительных динамических нагрузок.

Низкотемпературному отпуску подвергают режущий и мерительный инструмент из углеродистых и низколегированных сталей, а также детали, претерпевшие поверхностную закалку, цементацию, цианирование. Реже низкий отпуск применяют для среднеуглеродистых сталей (0,3 – 0,45 % С). Продолжительность отпуска составляет обычно 1 – 2,5 ч, а для изделий больших сечений и измерительных инструментов назначают более длительный отпуск.

Среднетемпературный (средний) отпуск выполняют при 350 – 500° С и применяют главным образом для пружин и рессор, а также для штампов. Такой отпуск обеспечивает высокие пределы упругости и выносливости и релаксационную стойкость. Структура стали после среднего отпуска – тростит отпуска; твердость стали 40 – 50 HRC. Температуру отпуска надо выбирать таким образом, чтобы не вызвать необратимой отпускной хрупкости.

Охлаждение после отпуска при 400 – 450° С следует проводить в воде, что способствует образованию на поверхности сжимающих остаточных напряжений, которые увеличивают предел выносливости пружин.

Высокотемпературный (высокий) отпуск проводят при 500 – 680° С. Структура стали после высокого отпуска – сорбит отпуска. Высокий отпуск создает наилучшее соотношение прочности и вязкости стали.

Рис.101. Влияние температуры отпуска на механические свойства конструкционных улучшаемых сталей

Влияние термической обработки на механические свойства стали с 0,45 % С

(табл. 6). Термическую обработку, состоящую из закалки и высокого отпуска, называют улучшением.

Улучшению подвергают среднеуглеродистые (0,3 – 0,5 % С) конструкционные стали, к которым предъявляются высокие требования по пределу выносливости и ударной вязкости. Улучшение значительно повышает конструктивную прочность стали, уменьшая чувствительность к концентраторам напряжений, увеличивая работу развития трещин и снижая температуру порога хладноломкости. Трещиностойкость К1с после, улучшения – 250 – 350 МПа·м1/2.

Отпуск при 550 – 600° С в течение 1 – 2 ч почти полностью снимает остаточные напряжения, возникшие при закалке. Длительность высокого отпуска составляет 1 – 6 ч в зависимости от габарита изделий. Изменение механических свойств по мере повышения температуры отпуска приведено на рис. 101.

ДЕФЕКТЫ, ВОЗНИКАЮЩИЕ ПРИ ТЕРМИЧЕСКОЙ ОБРАБОТКЕ СТАЛИ

К наиболее распространенным дефектам, которые могут возникнуть при закалке стали, относят трещины в изделии – внутренние или наружные.

Трещины. Трещины образуются при закалке в тех случаях, когда внутренние растягивающие напряжения, возникающие в результате мартенситного превращения, превышают сопротивление стали разрушению. Трещины образуются при температурах ниже точки Мн, чаще после охлаждения. Склонность к образованию трещин возрастает с увеличением в стали содержания углерода, повышением температуры нагрева под закалку и увеличением скорости охлаждения в температурном интервале мартенситного превращения.

Другой причиной образования трещин является наличие в изделии концентраторов напряжений (резкое изменение сечения изделия или местные вырезки, углубления, выступы и т. д.).

Трещины – неисправимый дефект. Для предупреждения их образования рекомендуется: при конструировании изделий избегать резких выступов, заостренных углов, резких переходов от толстых сечений к тонким и т. д.; закалка от возможно более низких температур для деталей, прокаливающихся полностью; медленное охлаждение в мартенситном интервале температур, достигаемое ступенчатой закалкой; изотермическая закалка и выполнение отпуска немедленно после закалки.

Деформация и коробление. Деформация, т. е. изменение размеров и формы изделий, происходит при термической обработке в результате термических и структурных напряжений под действием неоднородных объемных изменений, вызванных неравномерным охлаждением и фазовыми превращениями.

Несимметричную деформацию изделий в практике часто называют короблением (поводкой). Оно наблюдается при неравномерном и чрезмерно высоком нагреве под закалку, неправильном положении детали при погружении в закалочную среду и высокой скорости охлаждения в мартенситном интервале температур. Исключение этих причин значительно уменьшает коробление.

Коробление труднее устранить в длинных и тонких изделиях. Для уменьшения его такие детали охлаждают при закалке в зажатом состоянии (в штампах, прессах и приспособлениях). В момент протекания мартенситного превращения сталь разупрочняется.

Размеры изделия после закалки даже при отсутствии коробления не совпадают с исходными значениями. Вызываемую этими изменениями деформацию можно уменьшить подбором соответствующего состава стали и условий термической обработки.

ЗАКАЛКА С ИНДУКЦИОННЫМ НАГРЕВОМ

При поверхностной закалке на некоторую (заданную) глубину закаливается только поверхностный слой, тогда как сердцевина изделия остается незакаленной.

Основное назначение поверхностной закалки: повышение твердости, износостойкости и предела выносливости обрабатываемого изделия. Сердцевина остается вязкой и воспринимает ударные нагрузки. В практике более часто применяют поверхностную закалку с индукционным нагревом током высокой частоты (ТВЧ).

Индукционный нагрев происходит вследствие теплового действия тока, индуктируемого в изделии, помещенном в переменное магнитное поле.

Глубина закалки примерно равна глубине нагрева до температуры выше критической точки Ac3, глубинные слои детали нагреваются ниже температур критических точек и при охлаждении не упрочняются. При необходимости повышения прочности сердцевины перед поверхностной закалкой деталь подвергают нормализации.

Выбор оптимальной толщины упрочняемого слоя определяется условиями работы детали. Когда изделие работает только на износ или в условиях усталости, толщину закаленного слоя чаще принимают 1,5 – 3 мм, в условиях высоких контактных нагрузок и возможной перешлифовки – 4 – 5 мм. В случае особо больших контактных нагрузок, например для валков холодной прокатки, толщина закаленного слоя достигает 10 – 15 мм и выше.

Обычно считают, что площадь сечения закаленного слоя должна быть не более 20 % всего сечения. Для зубчатых колес толщина слоя составляет 0,2 – 0,28 от их модуля.

После закалки с индукционным нагревом изделия повергают низкому отпуску при 160 – 200° С, нередко и самоотпуску.

Для поверхностной индукционной закалки применяют стали, содержащие 0,4 – 0,5 % С (40, 45, 40Х, 45Х, 40ХН и др.), которые после закалки имеют высокие твердость (HRC 50 – 60), сопротивляемость износу и не склонны к хрупкому разрушению.

Особенно эффективен этот метод для серийного и массового производства. В то же время он экономически нерентабелен для закалки единичных деталей, для каждой из которых требуется изготовить собственный индуктор и подобрать режим обработки. Закалка с индукционного нагрева находит широкое применение в промышленности. Например, многие детали автомобилей и тракторов подвергают индукционной закалке.

ЗАКАЛКА С ГАЗОПЛАЗМЕННЫМ НАГРЕВОМ

Этот способ закалки применяют для крупных изделий (прокатных валков, валов и т.д.). Поверхность детали нагревают газовым пламенем, имеющим высокую температуру (2400 – 3150° С). Вследствие подвода значительного количества теплоты поверхность изделия быстро нагревается до температуры закалки, тогда как сердцевина детали не успевает нагреться. Последующее быстрое охлаждение обеспечивает закалку поверхностного слоя. В качестве горючего применяют ацетилен, светильный и природный газы, а также керосин. Для нагрева используют щелевые горелки (имеющие одно отверстие в форме щели) и многопламенные.

Толщина закаленного слоя обычно 2 – 4 мм, а его твердость для стали с 0,45 – 0,5 % С составляет 50 – 56 HRC. В тонком поверхностном слое образуется мартенсит, а в нижележащих слоях тростит + мартенсит. Газопламенная закалка вызывает меньшие деформации, чем объемная закалка. Процесс газопламенной закалки можно автоматизировать и включить в общий поток механической обработки. Для крупных деталей этот способ закалки часто более рентабелен, чем закалка с индукционным нагревом.

ПОВЕРХНОСТНАЯ ЗАКАЛКА ПРИ НАГРЕВЕ ЛАЗЕРОМ

Лазеры – это генераторы света (квантовые генераторы оптического диапазона). В основу их работы положено усиление электромагнитных колебаний с помощью индукционного излучения атомов (молекул). Лазерное излучение монохроматично, распространяется очень узким пучком и характеризуется чрезвычайно высокой концентрацией энергии. Для промышленных целей применяют наиболее часто СО2-лазеры непрерывно-волнового типа мощностью 0,5 – 5кВт.

Применение лазеров для термической обработки основано на трансформации световой энергии в тепловую.

Под воздействием лазерного излучения за короткий промежуток времени (10-3 – 10-7 с) поверхность детали из стали или чугуна нагревается до очень высоких температур. Распространение теплоты в глубь металла осуществляется путем теплопроводности. После прекращения действия лазерного излучения происходит закалка нагретых участков благодаря интенсивному отводу теплоты вглубь металла (самозакалка). Скорость охлаждения составляет 103 – 105 ° С/с.

Нагрев лазером для термической обработки осуществляется удельной мощности 103 – 104 Вт/см2

. Для снижения отражательной способности поверхности металла и, следовательно, повышения эффективности лазерного нагрева на поверхность наносят пленки сульфитов (Fe2S3), фосфатов Mg3(PO4)2, Zn3(PO4)2, а также сажи, коллоидный раствор углерода в ацетоне и другие неметаллы и краски. Нагрев может осуществляться лазерами импульсного и непрерывного излечения. Лазеры непрерывного излучения более производительны и обеспечивают равномерность упрочнения.

Лазерную обработку успешно применяют для поверхностного упрочнения отливок из перлитного серого, ковкого и высокопрочного чугунов. Благодаря оплавлению поверхности и образованию ледебуритной эвтектики (отбел чугуна) и мартенситного подслоя твердость на поверхности достигает 750 – 900 НВ. Частичное оплавление ухудшает чистоту поверхности. При отсутствии оплавления твердость после нагрева лазером повышается в результате закалки тонкого поверхностного слоя.

Лазерная закалка – перспективный метод упрочнения сложных изделий, долговечность которых лимитируется износостойкостью и сопротивлением усталости, когда их закалка другими методами затруднена.

Изучить влияние температуры отпуска на структурные превращения в легированных сталях и на их механические свойства.

Задание

1. Построить графики зависимости твердости от температуры отпуска для легированных сталей 40Х, 12Х18Н9Т, 30Х13, Р18.

2. Провести анализ структурных превращений легированных сталей при отпуске в интервале температур 200 - 700 0 С.

Основные сведения

Отпуск легированных сталей, как и углеродистых, проводится вслед за закалкой. Легирующие элементы вносят некоторые изменения в механизм и кинетику превращений при отпуске сталей. Основное влияние оказывают карбиды легирующих элементов и повышенная устойчивость легированного мартенсита к распаду при нагреве.

Закаленные легированные стали перлитного, аустенитного, мартенситного и карбидного классов, представителями которых являются соответственно стали 40Х, 12Х18Н9Т, 30Х13, Р18, после закалки имеют различные структуры и свойства.

- в стали 40Х перлитного класса в результате закалки образуется мартенсит и остаточный аустенит ( 5 - 8 % ), твердость 53-58 HRC,

- структура стали 12Х18Н9Т аустенитного класса после закалки состоит из легированного аустенита, твердость HV 1500 МПа,

- после закалки стали 30Х13 мартенситного класса образуется структура мартенсита с карбидами, твердость 55-58 HRC,

- сталь Р18 карбидного класса после правильно выбранного режима закалки имеет структуру мартенсита с большим количеством остаточного аустенита и мелкими зернами карбидов ( HV 8200 ).

В легированных сталях, по сравнению с углеродистыми, вторая и третья стадии отпуска происходят при более высоких температурах, так как почти все легирующие элементы ( Cr, Mn, Si, W, Mo, Co и др. ) увеличивают силы связи в твердых растворах и затрудняют диффузионное перераспределение элементов.

Кроме того, карбидообразующие элементы, имеющие большое химическое сродство к углероду ( Ti, Nb, V, W , Mo, Cr ) уменьшают скорость диффузии углерода и замедляют образование карбидов.

В легированных сталях распад мартенсита завершается при 450 - 500 0 С.

Тип карбидов, образующихся в легированных сталях при отпуске, зависит от температуры. При температурах £ 400 0 С диффузия легирующих элементов затруднена . При этих температурах преимущественно образуются карбиды железа, при более высоких - специальные карбиды (те, в состав которых входят легирующие элементы ) - М₇С₃ , М₂₃С₆ , М₆С , МС. В сталях, содержащих примерно 1 % Cr, выделение специальных карбидов происходит при температурах 500 - 525 0 С , в сталях, легированных молибденом ( » 0,8 % )- при 575 - 600 0 С. В легированных сталях замедлена и коагуляция специальных карбидов, поэтому указанный процесс протекает при более высоких температурах ( 600 - 680 0 С ).

Превращение остаточного аустенита при отпуске легированных сталей также замедляется и смещается в область более высоких температур ( 400 - 550 0 С). Кроме того, в сталях с высоким содержанием карбидообразующих легирующих элементов, при распаде аустенита выделяется не цементит, а специальные карбиды, аустенит обедняется легирующими элементами и поэтому при последующем его охлаждении может претерпеть мартенситное превращение .

Влияние отпуска на механические свойства сталей

Описанные выше изменения структуры сталей при отпуске приводят к значительному изменению их механических свойств.

Общей тенденцией изменения свойств стали при отпуске является снижение ее прочностных характеристик ( твердости НВ, s_0,2 , s_в ) и повышение пластических - (d , Y ). Причем, при всех видах отпуска суммарное изменение механических свойств обусловлено рядом структурных факторов, действующих часто в противоположных направлениях. Так например, снижение тетрагональности мартенсита приводит к снижению прочностных характеристик и увеличению пластических. Однако выделение мелкодисперсных карбидов или образование вместо однофазного остаточного аустенита, областей с гетерогенной феррито-карбидной в углеродистых или мартенситно-карбидной структурой в легированных сталях, повышает прочностные и снижает пластические характеристики. Конечный результат зависит от соотношения вкладов действующих факторов.

В легированных сталях, содержащих значительное количество карбидообразующих элементов, при температурах 500-550 0 С твердость не только не снижается, но даже растет, что обусловлено выделением специальных карбидов.

Для легированных также как и для углеродистых сталей на практике применяют низкий отпуск ( с нагревом до 250 0 С), средний (350-500 0 С ) и высокий (550-680 0 С ) . Каждый из этих видов отпуска устраняет частично или полностью остаточные напряжения, возникшие при закалке. Для полного снятия напряжений рекомендуется применять высокий отпуск.

Несмотря на то, что пластические характеристики легированных сталей d и Y с повышением температуры отпуска растут, ударная вязкость ( КСV ) с ростом температуры отпуска изменяется не монотонно. Для многих легированных конструкционных сталей имеется два температурных интервала, в которых с ростом температуры отпуска ударная вязкость не растет, а падает. Первый интервал соответствует температурам 250-350 0 С, а второй - температурам 500 - 550 0 С. Явление снижения ударной вязкости при отпуске получило название отпускной хрупкости. Отпускная хрупкость 1 рода ( необратимая ) наблюдается при 250-350 0 С и повторным нагревом не устраняется. Для ее устранения требуется нагрев до температур выше 400 0 С. Хрупкость при отпуске в интервале 250-350 0 С связана с неоднородным по объему распадом мартенсита.

Обратимая отпускная хрупкость П рода наблюдается при отпуске ряда легированных сталей при их длительном пребывании в интервале температур 500 - 550 0 С. Если охлаждение после отпуска проводить быстро, то отпускная хрупкость не появляется.

Наиболее вероятной причиной появления обратимой отпускной хрупкости является образование карбидов по границам зерен и повышенное содержание на границах зерен фосфора и других элементов, приводящие к более легкому зарождению трещин.

Обратимая отпускная хрупкость может быть устранена повторным нагревом до 600-650 0 С и быстрым охлаждением.

Состояние закаленной детали характеризуется очень сильной неравновесной структурой. Это связано с увеличением концентрации углерода в твердом растворе, высокой плотностью дефектов в кристаллической структуре, внутренних напряжениях, структуре и нагреве. По этой причине закаленная сталь обладает высокой прочностью и твердостью, но в то же время запас вязкости практически равен нулю.

Ударные нагрузки могут вызвать быстрое разрушение деталей. Кроме того, переход закаленной стали из неравновесной структуры в более устойчивую структуру может происходить естественным образом со временем под воздействием температуры окружающей среды или внешних нагрузок. Этот переход сдерживается изменениями объема, поэтому такая ситуация неприемлема для точных деталей и измерительных инструментов. По этой причине дополнительная термообработка (отпуск) всегда выполняется для отверждения детали.

Отпуск является окончательной работой по термообработке стали, и его целью является получение определенного набора механических свойств и полное или частичное устранение закалочного напряжения.

В практике термообработки используются три вида отпуска.

Низкое, среднее, высокое и искусственное старение. Все эти типы общих схем включают нагрев продукта, выдержку при данной температуре и охлаждение.

В результате отпуска, в зависимости от температуры нагрева, нестабильная структура закаленного мартенсита в результате диффузионного перераспределения углерода превращается в более стабильный структурированный мартенсит, троостит, сорбит и перлит. , Стальные изделия приобретают свойства, которые определяют их поведение в процессе эксплуатации в процессе отпуска. Температура отпуска определяется требованиями к механическим свойствам детали.

Низкотемпературный (низкотемпературный) отпуск проводят при нагревании до 150-200 ° С. Низкий отпуск немного уменьшает внутреннее напряжение. Твердость остается высокой (58 … 62 HRC). Стальная структура после низкотемпературного отпуска состоит из отпущенного мартенсита на основе твердого раствора, перенасыщенного углеродом α-Fe.

В отпущенном мартенсите число охрупчиванных трехцентровых ковалентных связей Fe-C-Fe уменьшается, а деформация решетки и остаточное внутреннее напряжение частично устраняются. Кроме того, плотность дислокаций несколько уменьшается, оставаясь на уровне 1011-1012 см-2.

Таким образом, при низком отпуске закаленный мартенсит обладает более благоприятным набором механических свойств (высокий уровень твердости и небольшой запас вязкости и пластичности).

Этот тип закалки в основном используется для режущих и измерительных инструментов, изделий с поверхностной закалкой, цементирования и нитрокарбонизации.

Из-за сложных механических свойств мягкого мартенситного отпуска, для мягких легированных стальных деталей рекомендуется низкая температура.

Среднетемпературный (средний) отпуск проводится при температуре 350-470 ° С и в основном используется для пружин, пружин и пресс-форм. Это нагревание приводит к распаду мартенсита на смесь феррита и цементита. Из-за недостаточной прочности диффузионного процесса обожженный троостит представлен в виде мелких частиц и определяет более высокую вязкость по сравнению с твердосплавным трооститом.

В отпущенном троостите деформация ковалентной связи Fe-C-Fe и ОЦК-решетки α-Fe практически исключена, плотность дислокаций снижена до 109–1010 см – 2, а уровень остаточных напряжений снижен. Закаленные фазы троостита и дислокационные решетки обеспечивают набор благоприятных механических свойств для пружин, пружин и аналогичных изделий.

Структура закаленного троостита имеет высокий предел упругости, а твердость составляет 40-50 HRC. Охлаждение после отпуска при 400-450 ° С рекомендуется в воде. Это создает остаточное сжимающее напряжение в поверхностном слое и повышает долговечность детали.

Сталь с концентрацией 0,4% С сначала гасили в воде при 860 ° С, а затем отпускали при температуре 350 ° С. В результате гашения мартенсит, полученный полным гашением, превращается в закаленный троостит, структура которого состоит из дисперсных частиц феррита и цементита, и эти частицы настолько малы, что практически различимы даже при максимальном увеличении микроскопа. Я не могу Ориентация мартенсита в виде иглоподобных структур, сохранившихся на русте в отпуске, отличает его от гашения трестита.

Характер хрупкости. Закалка охрупчиванием называется снижением вязкости стали после отпуска в определенном температурном диапазоне. Существует два типа свойств отпуска.

Наблюдается в интервале температур 2.500-600ºC. Это второй тип характера хрупкий или обратимый.

Первый тип уязвимости характерен для простой углеродистой стали, содержащей 0,3-0,6% С. Появляется при отпуске в интервале температур 250-350ºС. Причиной его появления является выделение карбидов по границам зерен. Это вызывает уязвимость границы и, следовательно, уязвимость всей части.

При повышении температуры отпуска мартенсит разлагается по всему объему детали, и структура соответствующим образом выравнивается, увеличивая вязкость. Поэтому, когда сталь в состоянии первого хрупкого нагрева нагревается до высокой температуры, ее вязкость восстанавливается и повторного нагрева после охлаждения в диапазоне температур хрупкого отпуска 250-350ºС больше не происходит. Поэтому такой характер хрупкости называется необратимым.

Второй тип уязвимости характерен для среднеуглеродистой стали, содержащей легирующие элементы. Mn; Кр.
Кроме того, эта хрупкость при отпуске проявляется только при медленном охлаждении при высоких температурах отпуска.
Если деталь быстро охлаждается на воздухе или в воде, второй тип уязвимости не появляется.
Если сталь уже имеет хрупкость при отпуске типа 2, ее необходимо разогреть до температуры отпуска и быстро охладить, чтобы удалить ее.
Вязкость восстановится, но при повторном нагревании и медленном охлаждении вновь появится хрупкость.
Поэтому такие уязвимости называются обратимыми.

Наличие примесей, особенно фосфора, увеличивает тенденцию стали уменьшать хрупкость второго типа. Поэтому, чтобы сделать сталь нечувствительной ко второму типу отпуска, необходимо сначала уменьшить количество вредных примесей, особенно фосфора, а затем добавить к стали молибден или вольфрам.

Изучу , оценю , оплатите , через 2-3 дня всё будет на «4» или «5» !

Образовательный сайт для студентов и школьников

Копирование материалов сайта возможно только с указанием активной ссылки «www.9219603113.com» в качестве источника.

Читайте также: