Технология термической 
обработки
Отжиг второго рода
1
ОТЖИГ ВТОРОГО РОДА
Для сталей отжиг второго рода заключается в нагреве до аустенитного состояния и последующем охлаждении, обеспечивающем распад переохлажденного аустенита по диффузионному механизму.
В большинстве случаев такой отжиг является подготовительной термической обработкой. После литья, горячей деформации и других операций, связанных с высокотемпературными нагревами, стальные изделия обычно характеризуются крупнозернистостью, неоднородностью структуры и повышенным уровнем внутренних напряжений. Применение отжига второго рода позволяет измельчить зерно и уменьшить структурную неоднородность, а также позволяет уменьшить внутренние напряжения в отливках, поковках и других изделиях.
Отжиг может быть использован также для снижения твердости стали и улучшения обрабатываемости резанием.
Отжиг используется и как окончательная термическая обработка стали, обеспечивающая получение нужного комплекса механических свойств.
2
Свойства сталей с феррито-карбидной структурой
Феррит - мягкая пластичная фаза.
Цементит - высокая твердость, низкая пластичность, хрупкость.
Наиболее значительный эффект упрочнения феррита обеспечивают углерод и азот. Fe. Суммарное содержание (С + N) около 10-7 % - σ0,2 = 20...30 МПа,
Содержании (С + N) порядка 10-3...10-2 % |
- σ0,2 = 120…140 МПа. |
Легирующие элементы, образующие с железом твердые растворы замещения, упрочняют феррит в меньшей мере.
Упрочняющий эффект от концентрации легирующих элементов: Cr V Со Mo Ti Si W Ni.
На прочность феррита сильно влияет размер его зерна.
σ0,2 = σ0 + kdф-1/2
σ0 зависит от твердорастворного упрочнения, плотности дислокаций, наличия
дисперсных частиц. На величину k влияет состояние границ зерен; этот коэффициент тем больше, чем выше содержание примесей, особенно на границах зерен.
3
При измельчении зерна феррита одновременно наблюдается снижение температуры вязкохрупкого перехода Ткр.:
Ткр = А – В ln d-1/2, где А и В - постоянные.
Линейная зависимость σ0,2 и Ткр от величины d-1/2 подтверждается
экспериментально. Таким образом, измельчение зерен феррита является эффективным способом упрочнения.
Влияние размера зерна феррита на предел текучести (1) и температуру вязкохрупкого перехода (2) в стали, содержащей, %: 0,1 С; 0,5 Mn; 0,2 Si; 0,006 N.
4
Свойства перлита. При нагружении пластическая деформация начинается в ферритной составляющей перлита. Образующиеся дислокации скапливаются около цементитных пластин. Возникает сложное напряженное состояние. Пластины цементита в перлите могут деформироваться, утоньшаться, изгибаться, прежде чем произойдет их разрушение. Трещины в цементитных пластинах будут являться зародышами хрупкого разрушения в стали.
Структура пластинчатого перлита в стали У8 после холодной пластической деформации (80 %), х12 000
5
Разрушение перлита (схема Миллера-Смита).
а - растрескивание цементитной пластины; б - сдвиг и феррите и растрескивание соседних цементитных пластин; в, г - образование пор и их коалесценция.
6
Основным структурным параметром, влияющим на прочностные свойства пластинчатого перлита, является межпластинчатое расстояние (S0).
Предел текучести сталей, имеющих полностью перлитную структуру, связан с межпластинчатым расстоянием:
σ0,2 = σ01 + a S0-1/2,
где σo1 и а – постоянные,
σ01 учитывает движение дислокаций в ферритных прослойках.
Т.о., цементитные пластины можно рассматривать как барьеры движению дислокаций, точно так же, как межзеренные границы феррита.
Уменьшение межпластинчатого расстояния обеспечивает повышенную пластичность пластинчатого перлита, поскольку цементитные пластины становятся более тонкими и могут деформироваться при нагружении.
С уменьшением S0 пластины цементита становятся тоньше, что увеличивает
сопротивление ударному нагружению, поскольку тонкие пластины могут претерпевать значительные деформации. Существует оптимальное межпластинчатое расстояние, с точки зрения достижения наибольшей ударной вязкости. Для эвтектоидной стали оно колеблется в пределах 0.2...0.4 мкм, т. е.
соответствует структуре сорбита.
7
Переход от структуры пластинчатого перлита к структуре зернистого перлита сопровождается снижением прочностных свойств.
Основным структурным параметром, определяющим уровень прочности зернистого перлита, является межкарбидное расстояние. Предел текучести обратно
пропорционален расстоянию между карбидами.
Сопротивление разрушению возрастает при переходе от пластинчатого перлита к зернистому.
Повышению вязкости стали со структурой зернистого перлита способствуют уменьшение размеров частиц цементита, увеличение межкарбидного расстояния, повышение однородности распределения карбидов по объему феррита, а также уменьшение размеров ферритных зерен.
8
Свойства феррито-перлитной структуры.
Повышение содержания углерода в стали с 0.1 до 0.8 %, сопровождающееся ростом доли пластинчатого перлита в структуре, приводит к увеличению пределов текучести и прочности и снижению пластичности.
Пластинчатый перлит в феррито-перлитной структуре оказывает отрицательное влияние на ударную вязкость и температуру вязкохрупкого перехода.
Влияние содержания углерода на механические свойства феррито-перлитных сталей.
9
С изменением количества перлита меняется характер разрушения стали при динамическом нагружении.
Малоуглеродистые стали с Ткр ниже 0 °С разрушаются при комнатной
температуре вязко путем зарождения, роста и коалесценции микропор. Излом имеет ямочное строение.
Разрушение высокоуглеродистых сталей при комнатной температуре осуществляется в основном хрупко квазисколом, хотя в изломе нередко обнаруживается небольшая доля вязкой составляющей.
Для того чтобы повысить прочность малоуглеродистых сталей, широко используется легирование небольшими добавками V и Nb. Дисперсные карбиды этих элементов задерживают рост зерна аустенита при высоких температурах нагрева, горячей обработке давлением. Поэтому при последующем охлаждении в стали формируются мелкие ферритные зерна.
10