6.2.3. Отпуск стали.

Отпуск заключается в нагреве закаленной стали ниже А_С1, выдержке при заданной температуре и последующем охлаждении с определенной скоростью.

Отпуск является окончательной термической обработкой.

Целью отпуска является получение заданного комплекса механических свойств (повышение вязкости и пластичности, снижение твердости), а также полное или частичное снятие внутренних напряжений закаленных сталей.

Чем медленнее охлаждение, тем ниже остаточные напряжения. Однако легированные стали (склонные к образованию отпускной хрупкости) после 500–600С, следует охлаждать быстро.

Основное влияние на свойства стали оказывает температура. Температуру отпуска выбирают, исходя из требуемой прочности конкретной детали.

Различают три вида отпуска:

1. Низкотемпературный (низкий) отпуск

Температура нагрева 150 – 250С. Структура – отпущенный мартенсит HRC 58–63. Твердость почти не снижается. Снижаются закалочные макронапряжения. Повышаются прочность и вязкость.

Подвергают: режущий и измерительный инструмент из углеродистых и низколегированных сталей, а также детали, претерпевшие поверхностную закалку, цементацию, цианирование.

Время отпуска обычно 1,5–2 часа и более.

2. Среднетемпературный (средний) отпуск

Температура нагрева 350 – 450С. Структура – троостит отпуска HRC 40–50. Такой отпуск обеспечивает высокие пределы упругости, выносливости, а также улучшение сопротивляемости действию ударных нагрузок.

Применяют главным образом для пружин, рессор и штампов.

Охлаждение лучше проводить в воде, что способствует образованию на поверхности сжимающих напряжений, которые увеличивают предел выносливости пружин.

3. Высокотемпературный (высокий) отпуск

Температура нагрева 500 – 650С. Структура – сорбит отпуска с зернистым цементитом. Высокий отпуск создает наилучшее соотношение прочности и вязкости стали. Отпуск при данной температуре в течении 1,5 –2 часов почти полностью снижает остаточные напряжения, возникшие при закалке.

Отпуск легированных сталей проводят при более высоких температурах, так как легирующие элементы, особенно хром, молибден и кремний затрудняют процесс распада мартенсита. Структура отпущенного мартенсита может сохранятся при температурах 400–600С.

При одинаковой температуре отпуска предел прочности и пластичность у легированных сталей выше.

Закалка с высоким отпуском (по сравнению с нормализацией или отжигом) повышают предел упругости, предел текучести, твердость, относительное сужение, и особенно ударную вязкость.

Комплекс термической обработки, включающий закалку и высокий отпуск, называется улучшением.

Улучшение является основным видом термической обработки конструкционных сталей, которые подвергаются действию высоких напряжений и ударным нагрузкам.

ТЕМА 7

Химико-термическая обработка сталей.

7.1. Физические основы химико-термической обработки.

7.2. Цементация.

7.3. Азотирование.

7.4. Цианирование и нитроцементация.

7.5. Диффузионная металлизация.

7.1. Физические основы химико-термической обработки.

Химико-термическая обработка – процесс изменения химического состава, микроструктуры и свойств поверхностного слоя детали.

Изменение химического состава поверхностных слоев достигается в результате их взаимодействия с окружающей средой (твердой, жидкой, газообразной, плазменной), в которой осуществляется нагрев. Основными параметрами химико-термической обработки являются температура нагрева и продолжительность выдержки. В результате изменения химического состава поверхностного слоя изменяются его фазовый состав и микроструктура.

В основе любой разновидности химико-термической обработки лежат процессы диссоциации, адсорбции, диффузии.

Диссоциация – распад молекул и образование активных атомов насыщающей атмосферы или получение насыщающего элемента в активированном атомарном состоянии в результате химических реакций, а также испарения.

Адсорбция – поглощение (растворение) поверхностью металла свободных атомов.

Диффузия – перемещение адсорбированных атомов вглубь металла (изделия).

Для осуществления процессов адсорбции и диффузии необходимо, чтобы насыщающий элемент взаимодействовал с основным металлом, образуя твердые растворы или химические соединения.

В результате диффузии образуется дифузионный слой, под которым понимают слой материала детали у поверхности насыщения, отличающийся от исходного по химическому составу, структуре и свойствам.

ХТО повышает твердость, износостойкость, кавитационную и коррозионную стойкость и создавая на поверхности благоприятные остаточные напряжения сжатия, увеличивает надежность и долговечность деталей машин.

Химико-термическая обработка является основным способом поверхностного упрочнения деталей. Это объясняется тем, что большинство из них работают в условиях циклических нагрузок, коррозии, криогенных и высоких температурах, при которых максимальные напряжения возникают в поверхностных слоях металла, где сосредоточены основные концентраторы напряжений.

Преимущества ХТО (по сравнению с поверхностной закалкой):

1. независимость от внешней формы изделия;

2. большие различия между свойствами сердцевины и поверхности (т.к. разница в свойствах определяется не только различием в строении, но и различием в химическом составе);

3. последствия перегрева могут быть устранены последующей термической обработкой.

Основными разновидностями химико-термической обработки являются:

• цементация (насыщение поверхностного слоя углеродом);

• азотирование (насыщение поверхностного слоя азотом);

• нитроцементация или цианирование (насыщение поверхностного слоя одновременно углеродом и азотом);

• борирование;

• диффузионная металлизация (насыщение поверхностного слоя различными металлами).