Влияние отпуска на механические свойства сталей

Влияние легирующих элементов на процесс отпуска сталей

В легированных сталях, по сравнению с углеродистыми,, вторая и третья стадии отпуска происходят при более высоких температурах.

Происходит это потому, что по­чти все легирующие элементы (Сr, Мn, Si, W, Мо, Со и др.) увеличивают силы связи в твердых растворах и за­трудняют диффузионное перераспределение элементов. Кроме того, карбидообразующие элементы, имеющие большое химическое сродство к углероду ( Ti, Nb, V, W, Мо, Сr и др.), уменьшают скорость диффузии углерода и замедляют образование карбидов.

В легированных сталях распад мартенсита заверша­ется при 450…500 °С.

Тип карбидов, образующихся в легированных сталях при отпуске, зависит от температуры. При температурах до 400 °С диффузия легирующих элементов затруднена.

При этих температурах преимущественно образуются карбиды железа, при более высоких - специальные карбиды (те, в состав которых входят легирующие элемен­ты) - М₇С₃, М₂₃С₆, М₆С, МС. В сталях, содержащих примерно 1 % Сr, выделение специальных карбидов про­исходит при температурах 500…525°С, в сталях легиро­ванных молибденом (~ 0,8 %) - при 575…600 ° С.

В леги­рованных сталях замедлена коагуляция специальных карбидов, поэтому указанный процесс протекает при бо­лее высоких температурах (600…680 °С)..

Превращение остаточного аустенита при отпуске ле­гированных сталей также замедляется и смещается в об­ласть более высоких температур (400…550°С). Кроме того, в сталях с высоким содержанием карбидообразующих легирующих элементов, при распаде аустенита вы­деляется не цементит, а специальные карбиды, аустенит становится менее легированным и поэтому при последу­ющем его охлаждении от температур отпуска он может претерпеть мартенситные превращения.

Описанные выше изменения структуры сталей при отпус­ке приводят к значительному изменению их механических свойств.

Общей тенденцией изменения свойств в стали при от­пуске является снижение ее прочностных характеристик (твердости НВ, s_0,2, s_В) и повышение пластических (d, y). Причем, во всех трех интервалах отпуска суммарное изменение механических свойств обусловлено рядом структурных факторов, действующих часто в противопо­ложных направлениях. Так, например, снижение тетрагональности мартенсита приводит к снижению прочност­ных характеристик и увеличению пластических. Однако происходящее при этом выделение мелкодисперсных кар­бидов, особенно некогерентно связанных с мартенситными кристаллами, или образование вместо однофазного остаточного аустенита, областей с гетерогенной феррито-карбидной в углеродистых, или мартенситно-карбидной структурой в легированных сталях, повышает прочност­ные и снижает пластические характеристики. Конечный результат зависит от соотношения вкладов действующих факторов. Причиной различий действия указанных структур на свойства, является различие в сопротивлении движению дислокаций.

Так, в однофазных областях ос­таточного аустенита и слабо искаженных кристаллах мартенсита отпуска (с меньшей тетрагональностью), дислокации движутся легче, их пробег от одного препятствия до другого - больше. А из­вестно, что именно средняя длина пробега дислокаций определяет пластические характеристики (чем она боль­ше, тем выше пластичность). Выделение когерентно-связанных с мартенситом мелкодисперсных частиц карбидов значительного повышения сопротивления движению дис­локаций не оказывает, и дислокации могут перерезать указанные пластинки.

Когда же размеры карбидов увели­чиваются, они становятся некогерентными и движение дислокаций у карбидов тормозится.

Для дальней­шего их движения требу­ется приложить большие напряжения, прочностные характеристики сталей с такой структурой увели­чиваются.

Зависимость механиче­ских свойств стали с 0,7 % С от температуры отпуска приведена на рис. 81.

В них твердость НВ, s_0,2, s_В практически мо­нотонно снижаются с рос­том температуры, а d, y монотонно растут.

Рис. 81. Влияние температуры отпуска на механические свойства стали У7

В сталях с высоким со­держанием углерода в ин­тервале температур вто­рого превращения при отпуске твердость зависит от количества остаточного аустенита и снижается медленнее с ростом температуры. В легированных сталях, содержа­щих значительное количество карбидообразующих эле­ментов, при температурах 500…550 °С твердость не толь­ко не снижается, но даже растет, что обусловлено выде­лением специальных карбидов.

В сталях различают низкий отпуск (с нагревом до 250 °С), средний (350…500 °С) и высокий (500…650 °С). Каждый из этих видов отпуска, создавая описанные выше структуры, устраняет частично или полностью остаточные напряжения, возникшие при закалке. Для полного снятия напряжений рекомендуется приме­нять высокий отпуск.

Пластические характеристики легированных сталей d, y с повышением температуры отпуска растут. Удар­ная же вязкость (КС), с ростом температуры отпуска из­меняется немонотонно.

При низких температурах отпуска (200…250 °С) ударная вязкость растет (для закаленных сталей она низкая).

Для всех легированных конструкци­онных сталей имеется два температурных интервала, в которых с ростом температуры отпуска ударная вяз­кость не растет, а падает. Первый интервал соответству­ет температурам 250…350 °С, а второй - температурам 500…550 °С. Явление снижения ударной вязкости при от­пуске получило название отпускной хрупкости.

Различа­ют два вида отпускной хрупкости.

Отпускная хрупкость I рода (необратимая) наблюдается при 250…350 °С и по­вторным нагревом не устраняется. Для ее устранения требуется нагрев до температур выше 400 °С, снижающий прочностные характеристики. Хрупкость при отпуске в интервале 250…350 °С связана с неоднородным по объ­ему распадом мартенсита.

Обратимая отпускная хрупкость II рода наблюдается при отпуске легированных сталей и при их длительном пребывании в интервале температур 500…550 °С. Если охлаждение после отпуска проводить быстро, то отпуск­ная хрупкость не появляется.

Наиболее вероятной причиной появления обратимой отпускной хрупкости является образование карбидов по границам зерен и адсорбция на границах зерен фосфора, серы и других элементов, приводящая к более легкому зарождению трещин.

Обратимая отпускная хрупкость может быть устране­на повторным нагревом до 600…650 °С и быстрым ох­лаждением.

Термическую обработку, заключающуюся в закалке и последующем высоком отпуске, называют улучшением.

Дата добавления: 2014-01-05