Отпуск закаленной стали и его влияние на ударную вязкость стали.
Отпуск состоит в нагреве закаленной стали до температуры ниже АC1, выдержке при заданной температуре и последующим охлаждением с определенной скоростью.
Отпуск является окончательной операцией термической обработкой, в результате которой сталь получает требуемые механические свойства. Отпуск полностью или частично устраняет внутренние напряжения, возникающие при закалке. Эти напряжения снимаются тем полнее, чем выше температура отпуска. Так, осевые напряжения в цилиндрическом образце из стали, содержащей 0,3%С, в результате отпуска при 550 °С уменьшаются с 600 до 80 МПа.
Скорость охлаждения при отпуске оказывает большое влияние на величину остаточных напряжений. Чем медленнее охлаждение, тем меньше остаточные напряжения. Быстрое охлаждение в воде создает новые термические напряжения. Охлаждение на воздухе дает напряжения на поверхности изделия в семь раз меньшие, а в масле – в 2,5 раза меньше по сравнению с напряжениями после охлаждении в воде.
При отпуске неравновесная структура, состоящая из мартенсита и остаточного аустенита, переходит в более устойчивое состояние. Этот переход связан с диффузионным распадом твердых растворов на ферритно-цементитную смесь и протекает тем полнее, чем выше температура нагрева. Температура отпуска оказывает, таким образом, основное влияние на свойства отпущенной стали.
Различают следующие три вида отпуска:
Низкотемпературный (низкий) отпуск предусматривает нагрев до температур 150-250°С. При этом происходит частичное выделение избыточного углерода из мартенсита, сопровождающееся уменьшением его тетрагональности. После низкого отпуска получают структуру отпущенного мартенсита. За счет снижения внутренних напряжений при низком отпуске повышается прочность и несколько улучшается вязкость стали без заметного снижения ее твердости.
Низкий отпуск применяет при обработке инструмента из углеродистых и легированных сталей, для которых необходима высокая твердость (580-600 НВ) и износостойкость – токарных и строгальных резцов, фрез, зенкеров, сверл, измерительного инструмента и т.д.
Среднетемпературный (средний) отпуск выполняют при 350-450°С и назначают главным образом для пружин в рессор, а также для штампов. Такой отпуск обеспечивает высокие пределы упругости и выносливости. При среднем отпуске происходит распад отпущенного мартенсита на ферритно-цементитную смесь высокой дисперсности, называемую трооститом отпуска; твердость его 350-400 НВ.
Высокотемпературный (высокий) отпуск включает нагрев закаленной стали до температуры 500-650°С. При этом происходит укрупнение выделений цементита. Образующуюся структуру называют сорбитом отпуска. Высокий отпуск почти полностью снимает внутренние напряжения и значительно повышает ударную вязкость и пластичность стали, прочность и твердость при этом несколько снижаются.
Сочетание закалки с последующим высоким отпуском называют улучшением, так как при этом сталь приобретает оптимальное сочетание механических свойств: высокую пластичность, прочность и вязкость. Высокий отпуск применяют при термообработке разнообразных изделий из углеродистых и легированных конструкционных сталей.
Отличие сорбита и троостита отпуска от аналогичных структур, получаемых при закалке, состоит в том, что в первом случае цементит имеет зернистую форму, а во втором – пластинчатую. Это обусловливает получение в отпущенной стали более высоких механических свойств, чем в закаленной, имеющей такую же структуру.
Продолжительность выдержки при отпуске составляет обычно 1 – 2,5 часа и зависит от габаритов изделия; с их увеличением назначают более длительный отпуск.
В интервале 200-300°С на шлифованной поверхности образца возникает тонкий слой окислов (цвета "побежалости"), по которым можно приближенно оценить температуру нагрева (таблица 6.1).
Таблица 6.1
Цвета побежалости (в зависимости от температуры образца и толщины слоя окалины)
Цвета побежалости |
Температура, °С |
Толщина слоя окалины, мм |
Соломенно-желтый |
220-240 |
0,045 |
Оранжевый |
240-260 |
0,0550 |
Красно-фиолетовый |
260-280 |
0,065 |
Синий |
280-300 |
0,070 |
Для проведения низкого отпуска образец необходимо поместить в печь, нагретую до температуры не ниже 400°С, и выдержать там до появления соломенно-желтого цвета, при среднетемпературном отпуске нагрев ведут до появления синего цвета, а при высокотемпературном образец выдерживают при выбранной температуре в течение часа.
После отпуска поверхность образца зачищают и измеряют твердость на приборе Роквелла: по полученным данным строится график изменения твердости в зависимости от температуры отпуска.
5.
Марка : |
КЧ37-12 |
Классификация : |
Чугун ковкий |
Дополнение: |
Чугун ферритного класса, способ выплавки электропечь - электропечь |
Применение: |
детали, работающие при высоких статических и динамических нагрузках |
Зарубежные аналоги: |
Нет данных |
Химический состав в % материала КЧ37-12
ГОСТ 1215 - 79
C |
Si |
Mn |
S |
P |
Cr |
- |
2.4 - 2.7 |
1.2 - 1.4 |
0.2 - 0.4 |
до 0.06 |
до 0.12 |
до 0.06 |
C+Si = 3.6 - 4 |
Механические свойства при Т=20oС материала КЧ37-12 .
Сортамент |
Размер |
Напр. |
sв |
sT |
d5 |
y |
KCU |
Термообр. |
- |
мм |
- |
МПа |
МПа |
% |
% |
кДж / м2 |
- |
Отливки, ГОСТ 1215-79 |
|
|
362 |
|
12 |
|
|
|
Твердость КЧ37-12 , ГОСТ 1215-79 |
HB 10 -1 = 110 - 163 МПа |