Отпуск стали

Отпуск – вид термической обработки, основанный на распаде структуры, полученной при закалке. Отпуск – обязательная термическая обработка, которая следует за закалкой и формирует структуру и свойства изделий, необходимые для их эксплуатации.

Превращение мартенсита и остаточного аустенита при нагреве (отпуске)

При отпуске сталей происходит несколько процессов. Первоначально, из мартенсита выделяется углерод, уменьшается удельный объем и, частично снимаются напряжения. Тетрагональный мартенсит превращается в почти кубический мартенсит отпуска (М_отп) – гетерогенная смесь еще пересыщенного a-твердого раствора и не обособившихся (когерентных с твердым раствором) частиц карбида. А _ост так же превращается в М_отп. При температурах 300 ¸ 400°С карбиды обособляются и переходят в цементит. На заключительной стадии отпуска, протекает карбидное превращение и коагуляция (рост) карбидов.

Вследствие коагуляции карбидов при температурах отпуска 350 ¸ 500°С – формируется феррито-цементитная структура– троостит отпуска; при 500 ¸ 600°С – сорбит отпуска, отличающаяся более крупными частицами карбидов. Сорбит отпуска в свою очередь при температурах 650°С– Ас₁ превращается в перлит отпуска.

При отпуске сталей образуются зернистые структуры (в феррите расположены глобулярные частицы карбидов), тогда как при непрерывном охлаждении образуются аналогичные пластинчатые структуры. Зернистые структуры, по сравнению с пластинчатыми, при одинаковой твердости имеют более высокие значения пластичности и ударной вязкости.

Практика отпуска

На практике применяют 3 вида отпуска:

1) низкий отпуск (100¸250°С) используют для снятия внутренних напряжений. Прочность не меняется или немного повышается (у заэвтектических сталей), увеличивается ударная вязкость. Твердость 58 – 63 HRC. Низкий отпуск применяют для заэвтектических инструментальных сталей, а также после поверхностной закалки. Структура сталей после такого отпуска М_отп или М_отп+Ц^II.

2) средний отпуск (350¸450°С). Придает стали высокие упругие свойства, предел выносливости, релаксационную стойкость. Применяют для пружин, рессор, мембран, штампов. Структура – троостит, твердость 40 – 50 HRC.

3) высокий отпуск (500¸650°С). Структура – сорбит отпуска. Этот отпуск обеспечивает наилучшее соотношение прочности и вязкости. Твердость 30 – 40 HRC. Высокому отпуску подвергают среднеуглеродистые конструкционные стали, применяемые для различных деталей машин и механизмов.

10.5.4. термомеханическая обработка стали

термомеханическая обработка (ТМО) заключается в сочетании пластической деформации стали в аустенитном состоянии с ее закалкой. Различают два основных способа термомеханической обработки.

По первому способу, называемому высокотемпературной термомеханической обработкой (ВТМО), сталь деформируют при температуре выше точки Ас₃, при которой сталь имеет аустенитную структуру. Степень деформации составляет 30–50%.

По второму способу, называемому низкотемпературной термомеханической обработкой (НТМО), сталь деформируют при температуре выше М_н, но ниже температуры рекристаллизации. Степень деформации обычно составляет 75–95%.

После деформации в обоих случаях сразу же проводят закалку и низкотемпературный отпуск (200–300°С). такая ТМО позволяет получать высокую прочность (s_в=2200–2300 МПа) при хорошей пластичности и вязкости (d=6–8%, y=50–60%).

10.6. Химико-термическая обработка стали

Химико-термической обработкой (ХТО) называют поверхностное насыщение стали соответствующими элементами (например, углеродом, азотом, алюминием, хромом и др.) путем его диффузии в атомарном состоянии из внешней среды при высокой температуре. В отличие от термической обработки химико-термическая обработка изменяет не только структуру, но и химический состав поверхностных слоев, что позволяет в более широких пределах менять свойства стали.

Процесс химико-термической обработки состоит из трех элементарных стадий:

1) выделение диффундирующего элемента в атомарном состоянии в результате реакций, протекающих в насыщающей среде;

2) контактирование атомов диффундирующего элемента с поверхностью стального изделия и растворение его в решетке железа (адсорбция);

3) диффузия атомов насыщающего элемента в глубь металла.

Цементацией называется процесс насыщения поверхностного слоя стали углеродом. Различают два основных вида цементации: твердыми углеродсодержащими смесями (карбюризаторами) и газовую Ц.

Цементацию с последующей закалкой и отпуском применяют для повышения работоспособности деталей машин (шестерни, зубчатые муфты и втулки, ролики и т.д.).

азотированием называют процесс диффузионного насыщения поверхностного слоя стали азотом при нагреве ее в аммиаке. Азотирование повышает твердость поверхностного слоя, его износостойкость, предел выносливости и сопротивление коррозии в таких средах, как воздух, вода, пар и т. д. Твердость азотированного слоя заметно выше, чем цементуемого.

азотированию подвергают среднеуглеродистые легированные стали, содержащие Cr, Mo, V, W и Al, которые приобретают особо высокую твердость (до HV=1200) и износостойкость.

Алитированием называется насыщение поверхности стали алюминием. в результате алитирования сталь приобретает высокую окалиностойкость (устойчивость против газовой коррозии) (до 850–900°С), так как в процессе нагрева на поверхности алитированных изделий образуется плотная пленка оксида алюминия Al₂O₃, предохраняющая металл от окисления. Алитированию подвергают детали, работающие при высоких температурах.

Хромирование, т. е. насыщение поверхности стальных изделий хромом, обеспечивает повышенную окалиностойкость до 800°С, высокую коррозионную стойкость в таких средах, как вода, морская вода и азотная кислота, и повышает твердость и износостойкость. Хромированию подвергают детали, работающие на износ в агрессивных средах.

Цинкование, т.е. насыщение поверхностного слоя цинком, применяют для повышения коррозионной стойкости стали в атмосфере, пресной воде, бензине и некоторых других средах.

Силицированием называется насыщение поверхности стали (чугуна) кремнием. В результате силицирования сталь приобретает высокую коррозионную стойкость в морской воде, в азотной, серной и соляной кислотах и несколько повышенную устойчивость против износа. Силицированию подвергают детали, применяемые в оборудовании химической, бумажной, нефтяной промышленности.

Борирование, т.е. насыщение поверхностного слоя бором, создает высокую твердость, износостойкость и устойчивость против коррозии в различных средах.

Борирование применяют для повышения износостойкости втулок грязевых нефтяных насосов, вытяжных, гибочных и формовочных штампов, деталей пресс-форм, машин для литья под давлением и др. Стойкость указанных деталей после борирования возрастает в 2–6раз.

Дата добавления: 2014-01-20