2. Мікроструктура і механічні властивості сталей після підпускання. Види відпускання і їх призначення

Мікроструктура сталі після відпускання при температурах нижче 300°С називається відпущеним мартенситом. У світловому мікрскопі він відрізняється від мартенситу загартування більш темним кольором через інтенсивну травленість. Після відпуску при температурах 300-450°С виявляється особливо сильно затравлена голчаста структура, яку називають трооститом відпускання. В інтервалі температур 450-650°С утворюється структура ферито- цементитної суміші, яку називають сорбітом відпускання (рис. 194). І (я структура відрізняється від трооститу відпускання зернистою формою частинок цементиту.

відпускання, х 1000. Температура відпускання

Рис 195. Залежність твердості сталі з різним вмістом вуглецю від температури відпускання.

Відпускання - заключна операція термічної обробки, тому вплив відпускання на властивості сталі розглянемо докладніше. Після загартування вуглецева сталь характеризується високою твердістю, яка зростає з підвищенням в сталі вуглецю (рис. 195). При цьому сталь стає схильною до крихкого руйнування, і в ній існують значні залишкові напруження. При нагріві загартованих сталей до температури 100°С твердість їх практично не змінюється або слабко (на 1-2 одиниці НКС) збільшується. Це пояснюють самовідпускан- ням при гартуванні і дисперсійним твердінням на стадії утворення сегрегацій.

З ростом температури відпуску розміцнення посилюється через слідуючі перетворення: 1) зменшується концентрація вуглецю в а-розчині (мартенситі); 2) порушується когерентність карбідів і матриці і знімаються пружні мікронапруження; 3) йде коагуляція карбідів і збільшуються відстані між ними; 4) розвиваються явища полігонізації і рекристалізації.

Характеристики міцності вуглецевої сталі (о_я, сто,2, НВ) безперервно зменшуються з ростом температури відпускання, а показники пластичності (5,у) безперервно підвищуються (рис. 196). Ударна в'язкість починає помітно зростати після відпускання при температурах вище 300°С. Максимальною ударною в'язкістю володіє сталь з сорбітною структурою, відпущеною при 600°С. Якщо температура відпускання стає вищою за 600°С, то спостерігається деяке знижен

ня ударної в язкості, що пояснюється тим, що це- ментитні включення стають грубими і більш відокремленими.

В

по	_ % %	ч "В, 1800	- <^\/НВ неї/
-кооо	-00	-1600	-
	10	-1МО0	- V \ \ /
-3000	-60	-1100
	50	-1000	- V >
-гооо	-ЬО	- 800	-V'
	ЗО	- 600
-1000	-го	- ш	- / / <гч Д
	10	- гоо
-		-	Ц і—_і г»л Алл Сппи-о

м/і*

0.8

ОМ

Рис. 196. Вплив температури відпускання на механічні властивості сталі 45.

1.2

практиці термічної обробки сталей розрізняють три види відпускання: низьке, середнє та високе.

Низьке (низькотемпературне) відпускання проводять при нагріві від 120 до 250°С. При цьому мартенсит загартування переходить у відпущений мартенсит, знижуються макро- і мікронапруження, підвищується міцність і ненабагато поліпшується в'язкість без помітного зниження твердості. Низькотемпературному відпусканню підлягають підшипникові деталі, ріжучий та вимірювальний інструмент з вуглецевих і легованих сталей, штампи для холодного штампування, а також деталі машин після цементації або поверхневого загартування (шестерні, валики,- пальці). Інколи низьке відпускання застосовується для середньовуглецевих сталей (0,3-0,45%С).

Середнє (середньотемпературне) відпускання проводять при 350-500°С і застосовують головним чином для пружин і ресор, а також для штампів. Таке відпускання забезпечує високі границі пружності і витривалості і високу релаксаційну стійкість. Структура сталі після середнього відпускання - троосто-мартенсит або троостит; твердість 50-40 НІіС. Охолодження після відпускання при 400-450°С рекомендується проводити у воді, що сприяє утворенню на поверхні стискаючих залишкових напружень, які збільшують границю витривалості пружин.

Високе (високотемпературне) відпускання проводять при 500- ()80°С. Структура сталі після високого відпускання - зернистий сорбіт або тонкий перліт. Цей вид відпускання забезпечує найкраще співвідношення міцності й в'язкості сталі. Загартування з високим відпусканням (порівняно з нормалізацією, як більш дешевою техно- ногічною операцією) підвищує і міцність (о_в, аод), і ударну в'язкість

(таблиця 10). Термічну обробку, яка складається з двох операцій - загартування і високого відпускання - називають поліпшенням.

Поліпшенню підпадають середньовуглецеві (0,3-0,5%С) конструкційні сталі, до яких пред'являються високі вимоги за механічними властивостями. Поліпшення значно підвищує конструкційну міцність сталі: зменшує чутливість до концентраторів напружень, збільшує роботу розвинення тріщин і знижує температуру порогу холодноламкості. Тріщиностійкість К-іс після поліпшення стає 250-350 МПам ^м.*

Відпускання при 550-600°С на протязі 1-2 годин майже повністю знімає внутрішні напруження, що виникають після загартування. Тривалість високого відпускання складає 1-6 годин в залежності від габаритів виробів та марок сталей.

Таблиця 10. Вплив термічної обробки на механічні властивості сталі 45

(0,45%С)

Термічна обробка	о в	По.2	5		КСІІ, Мдж/ м2		нв, МПа
	МПа		%
Відпал	650	450	20	65	0,6		1870
Нормалізація	730	470	21	60	0,8		1980
Загартування і відпускання при 500°С	970	850	8	55	1,0		2800
Загартування і відпускання при 550°С	950	800	10	60	1.1		2690
Загартування і відпускання при 600°С	870	700	13	65	1,3		2550

Слід зауважити, що ударна в'язкість легованих конструкційних сталей при підвищенні температури відпускання росте неодноманітно (рис. 197).

Існує два температурних інтервала, в яких з ростом температури відпускання ударна в'язкість знижується. Перший інтервал відповідає температурам 250-350°С, а другий 500-550°С. Явище зниження ударної в'язкості під час відпускання має назву відпускної крихкості. Крихкість, яка виникає при температурах нагріву 250- 350°С, називається відпускною крихкістю І роду, вона ще називається необоротною відпускною крихкістю, бо її неможливо усунути

повторним нагріванням до цих температур. Поява такої крихкості обумовлена неоднорідним розпадом мартенситу.

К

-ЗОО" -500° -650

Температуро відпускання *-

і’ис. 197. Відпускна крихкість 1 і II роду.

рихкість, яка з’являється після високого відпускання (особливо легованих сталей), називається відпускною крихкістю II роду. Ця крихкість оборотна. Вона виникає, коли відпускання проводиться при нагріві до 500-550°С з великим часом витримки, або коли йде повільне охолодження після більш високих температур нагріву. На практиці для сталей, схильних до відпускної крихкості II роду, призначають температуру відпускання нижче або вище цього небезпечного інтервалу температур. Якщо відпускання проводиться при більш високих температурах, то охолодження деталей ведеться прискорено (у воді або маслі).

Явище відпускної крихкості II роду пояснюють утворенням карбідів легуючих елементів по межах зерен і адсорбцією на цих межах фосфору, сірки та інших елементів, що призводить до зародження тріщин. Введення в сталь молібдену або вольфраму в невеликій кількості (0,2-0,4% Мо або 0,5-0,7%ІУ) значно зменшує схильність до відпускної крихкості.

Оборотна відпускна крихкість може бути усунена повторним нагрівом до 600-650°С і швидким охолодженням.

Запитання для самоперевірки

1. В чому сутність перетворень, що виникають при відпусканні загартованих сталей?

2. Які види відпускання призначаються при термічній обробці сталей?

3. Чим відрізняються структури відпущеної сталі (перліт, сорбіт, троостит) від однойменних структур, які утворюються під час розпаду аустеніту при відпалі, нормалізації?

4. Що таке поліпшення сталі, і для яких деталей машин воно призначається?

5. Які причини виникнення необоротної і оборотної відпускної крихкості?

6. Які механічні властивості сталі знижуються, а які підвищуються після високого відпускання?