Технология термической обработки

Отпуск

1

Низкий отпуск (120...250 °С) используется при термической обработке высокопрочных конструкционных сталей, инструментальных сталей, изделий после цементации, нитроцементации и поверхностной закалки. При таком отпуске формируется структура отпущенного мартенсита. Низкий отпуск позволяет снизить уровень остаточных напряжений, возникающих при закалке, и одновременно сохранить высокую твердость. При низком отпуске происходит некоторое повышение пластичности и ударной вязкости. Но, как правило, низкоотпущенные изделия не выдерживают значительных динамических нагрузок.

Средний отпуск (350...450 °С), при котором образуется структура троостита, применяется в основном для рессорно- пружинных сталей, так как обеспечивает высокие значения пределов упругости и выносливости. При этом на достаточно высоком уровне сохраняются твердость, пределы текучести и прочности при умеренных пластичности и вязкости. Выбирая режим среднего отпуска, следует избегать температурного интервала развития необратимой отпускной хрупкости.

2

Высокий отпуск (500...670 °С) широко используется для различных изделий из конструкционных сталей, которые должны сочетать повышенный уровень прочности с высокой пластичностью

ивязкостью. Высокоотпущенные стали хорошо противостоят

динамическим нагрузкам. Термическая обработка, включающая закалку и высокий отпуск, называется улучшением. После

улучшения сталь имеет структуру сорбита отпуска.

Важным условием достижения оптимальных свойств улучшаемых сталей является их полная прокаливаемость с получением мартенситной структуры. При неполной прокаливаемости образование во время охлаждения при закалке немартенситных продуктов распада переохлажденного аустенита (за исключения нижнего бейнита) вызывает в высокоотпущенном состоянии ухудшение комплекса механических свойств внутренних слоев изделий.

Высокий отпуск наиболее полно снимает остаточные закалочные напряжения. Но окончательный уровень внутренних напряжений зависит от условий охлаждения после отпуска. Чем медленнее охлаждение, тем меньше остаточные напряжения.

3

Высокопрочные стали чувствительны к водородному охрупчиванию и коррозионному растрескиванию.

Наводороживание возможно при некоторых технологических операциях, например в процессе травления или нанесения гальванических покрытий.

Абсорбированный металлом водород может находиться непосредственно в решетке, при этом происходит его диффузия в зоны, где имеются растягивающие напряжения. Около дислокаций водород образует атмосферы Коттрелла. Водород также накапливается на границах зерен и около межфазных границ матрицы и крупных некогерентных выделений. Кроме того, он адсорбируется на поверхностях микронесплошностей, а также скапливается в микропорах.

Охрупчивание в основном связано с растворенным водородом. Это обусловлено тем, что водород ослабляет межатомные связи и уменьшает когезивную прочность решетки.

5

Под коррозионным растрескиванием понимают разрушение, происходящее при совместном действии агрессивной среды и растягивающих напряжений (внешних или остаточных внутренних) и имеющее макрохрупкий характер. Коррозионное растрескивание высокопрочных сталей наблюдается в кислотах, щелочах и растворах солей. Обычно разрушение начинается от локализованных коррозионных поражений на поверхности металла. Возникающая трещина начинает медленно расти вглубь металла, пока не достигнет определенного критического размера. Далее наступает стадия быстрого разрушения.

Две теории, объясняющие общие принципы коррозионного растрескивания.

1)Электрохимическая - связывает коррозионное растрескивание с анодным растворением металла в устье трещины.

2)Адсорбционная - растрескивание обусловлено понижением поверхностной энергии металла в результате адсорбции атомов и ионов из окружающей агрессивной среды.

6

На склонность высокопрочных сталей к водородной хрупкости и коррозионному растрескиванию влияет режим отпуска. Повышение температуры отпуска и уменьшение предела прочности сопровождается увеличением сопротивления этим видам охрупчивания.

Эффективным способом снижения склонности к рассматриваемым видам хрупкости является уменьшение размеров аустенитного зерна и, следовательно, размеров пакетов и реек мартенсита. Сопротивление водородному охрупчиванию и коррозионному растрескиванию можно увеличить, используя методы поверхностного наклепа (например пескоструйную обработку), обеспечивающие создание в поверхностном слое изделия сжимающих остаточных напряжений.

7

Один из способов улучшения комплекса механических свойств

сталей со структурой отпущенного мартенсита – отпуск под напряжением.

Релаксация напряжений может развиваться во время выдержки под нагрузкой при напряжениях ниже макроскопического предела текучести. При этом она происходит прежде всего в местах действия локальных, “пиковых” напряжений и осуществляется путем микроскопических сдвигов. В результате возникают более однородное распределение напряжений в стали под нагрузкой и более однородная дислокационная структура, что приводит к повышению сопротивления малым пластическим деформациям и хрупкому разрушению. Процесс сглаживания локальных, “пиковых” напряжений путем микропластических сдвигов облегчается в случае нагружения при повышенных температурах, когда возрастает подвижность дислокаций.

8

Технология отпуска под напряжением Сталь нагревают на заданную температуру отпуска и медленно

со скоростями порядка 10-3…10-4 с-1 нагружают до напряжений, равных 0.5...0.7 σ0,2, затем следуют снятие нагрузки и охлаждение

металла.

В результате отпуска под напряжением предел пропорциональности σ0,02 и предел текучести σ0,2 увеличиваются на

200...400 МПа, причем предел прочности и характеристики пластичности остаются практически неизменны. Кроме того, после такой обработки наблюдается рост сопротивления хрупкому разрушению, что, в частности проявляется в снижении температуры вязкохрупкого перехода при динамическом нагружении. Отпуск под напряжением приводит также к снижению склонности низкоотпущенных сталей к коррозионному растрескиванию.

9