Превращения при отпуске закаленной стали

После закалки сталь имеет структуру тетрагонального мартенсита и остаточного аустенита. Свежезакаленное состояние стали характеризуется крайней нестабильностью структуры и свойств, высокими остаточными напряжениями и хрупкостью. Стальные изделия после закалки использовать в эксплуатации нельзя, более того они могут повреждаться даже от воздействий, получаемых при транспортировке и хранении. Поэтому все закаленные изделия подвергают отпуску.

О тпуск – это термическая обработка закаленных сплавов (главным образом стали), которая заключается в нагреве ниже нижней критической точки А_с1, выдержка и охлаждение. Цель отпуска — снятие остаточных напряжений и получить оптимальное сочетание прочности, пластичности и ударной вязкости.

Докритический интервал температур 20-600С, можно разделить на четыре интервала, в которых происходят основные процессы, определяющие результаты отпуска, а именно:

- выделение углерода из пересыщенного -твердого раствора и снижение тетрагональности мартенсита активно протекает в I температурном интервале до 150 С, затем менее интенсивно идет во II и III интервалах вплоть до 400 С;

-превращение остаточного аустенита в мартенсит происходит во II интервале температур (150-250 С);

- снижение внутрикристаллических напряжений, напряжений II рода начинается сразу, но наиболее интенсивно протекает в III интервале от 250 до 400 С;

- образование карбидных частиц начинается в III интервале при температуре выше 300 С, а интенсивная их коагуляция (рост) - в IV интервале при температурах 500-600 С.

Игольчатый характер структуры при отпуске сохраняется до высоких температур отпуска, у некоторых сталей вплоть до 550 С.

Изменение свойств стали при термической обработке

Закаленная сталь, имеет структуру тетрагонального мартенсита и остаточного аустенита и характеризуется высокой твердостью, зависящей от содержания углерода.

Т вердость закаленных сталей с увеличением содержания углерода до 0,8% растет, дальнейшее увеличение содержания углерода в стали ведет к уменьшению твердости закаленных структур в связи с прогрессирующим увеличением количества остаточного аустенита, но микротвердость собственно мартенсита продолжает повышаться и в высокоуглеродистых сталях.

Кроме твердости работоспособность стальных изделий зависит и от способности к микропластическому деформированию стали, часто говорят вязкости стали.

Обычно стали, обработанные на высокую твердость обладают низкой пластичностью, но и при одинаковой твердости, вязкость стали может существенно различаться в зависимости от структуры.

Чем грубее структура, т.е. крупнее иглы мартенсита и зернистость структуры, тем более хрупким будет разрушение, снижаются пластические характеристики и, особенно, ударная вязкость стали.

Наилучший комплекс механических свойств обеспечивает мелкоигольчатый мартенсит, который может получиться только при закалке мелкозернистого аустенита.

Отпуск заключительная операция термообработки, которая придает изделию окончательные свойства. Прочностные и пластические свойства в зависимости от температуры отпуска изменяются следующим образом.

П о мере повышения температуры отпуска до 550-600 С возрастают значения пластических характеристик  и , а параметры прочностных свойств, _в,_т и НВ, снижаются.

Ударная вязкость KCU у закаленной стали очень низкая и остается невысокой при отпуске до 400С, при более высоких температурах отпуска ударная вязкость растет.

В некоторых сталях, легированных Cr, Mn, Si, Ni, при отпуске возможно развитие отпускной хрупкости в двух интервалах температур: 300С - (I рода) и 500С (II рода). При высоких скоростях охлаждения второй интервал отпускной хрупкости не проявляется.

Выбор температуры отпуска диктуется условиями работы детали.

Если деталь работает в условиях изнашивания, противостоять которому может высокая твердость поверхности, назначается низкий отпуск при температурах 150-200 С;

Средний отпуск при 300С применяют для упругих элементов механизмов – пружин, рессор и т.п., поскольку в этом температурном интервале закаленные структуры приобретают структуру сорбита, обладающего высоким пределом упругости _упр.

Высокий отпуск 500-600С в сочетании с предварительной закалкой называется улучшением. Структура улучшенной стали – мелкозернистый перлит. Свойства характеризуются наилучшим сочетанием прочности и пластичности. Улучшение стали применяется для большинства ответственных и тяжелонагруженных деталей.