Превращения в сталях при отпуске. Виды отпуска, назначение, структура и свойства

Охлаждающие среды

Охлаждение при закалке должно обеспечить получение структуру мартенсита в пределах заданного сечения изделия (определенную прокаливаемость) и не должно вызывать закалочных эффектов: трещин, деформаций, коробления и высоких растягивающих остаточных напряжений в поверхностных слоях.

Чаще всего для закалки используют кипящие жидкости - воду, водные растворы щелочей и солей, масла.

При закалке в этих средах различают три периода:

- пленочное кипение, когда на поверхности стали образуется "паровая рубашка"; в этот период скорость охлаждения сравнительно невелика;

- пузырьковое кипение, наступающее при полном разрушении паровой пленки, наблюдаемое при охлаждении поверхности до температуры ниже критической; в этот период происходит быстрый отвод теплоты;

- конвективный теплообмен, который отвечает температурам ниже температуры кипения охлаждающей жидкости: тепло отвод в этот период идет с наименьшей скоростью.

Вода как охлаждающая среда имеет существенные недостатки: высокая скорость охлаждения в области температур мартенситного превращения нередко приводит к образованию закалочных дефектов; с повышением температуры воды резко ухудшается ее закалочная способность.

Масло как закалочная среда имеет преимущества: небольшую скорость охлаждения в мартенситном интервале температур; постоянство закаливающей способности в широком интервале температур (20-1500С). К недостаткам следует отнести повышенную воспламеняемость (температура вспышки 165 - 3000С); недостаточную стабильность и низкую охлаждающую способность в области температур перлитного превращения, а так же повышенную стоимость.

В процессе отпуска в закаленной стали протекают диффузионные процессы, ведущие к распаду мартенсита и остаточного аустенита.

В углеродистых сталях, при температурах 120–200 °С, уменьшается концентрация углерода в мартенсите, возникают микроучастки структуры с неоднородным распределением углерода в α - твердом растворе и образуются весьма дисперсные частицы карбидов (ε - карбид), когерентные (неразрывные) с кристаллами α-твердого раствора. Такая структура называется отпущенным мартенситом, а этот вид отпуска низким. Его осуществляют для сохранения высокой твердости необходимой инструментальным сталям.

Одновременно с превращениями в мартенсите углеродистой стали при температурах 200–300 °С происходит распад остаточного аустенита, продукты которого аналогичны структуре отпущенного мартенсита. Примерно при 350 °С мартенсит исчезает, так как степень тетрагональности решетки α-Fe становится равной единице, одновременно частицы ε-карбида теряют когерентность с α-фазой и превращается в обычный карбид железа – цементит (Fе3С). Такой вид отпуска называется средним. Полученная в результате структура состоит из ферритокарбидной смеси, сохранившей игольчатое строение, и носит название троостит отпуска. Если нужно обеспечить соотношение высокой прочности σв с высокими значениями условного предела упругости σу и ударной вязкости, стали подвергают среднетемпературному отпуску при температурах 350–500 °С. Его назначают для пружинно-рессорных и штамповых сталей.

При температурах более 500 °С наблюдаются изменения в строении ферритокарбидной смеси стали: происходит округление цементитных частиц (процесс сфероидизации) и укрупнение их размеров (процесс коагуляции). Отпуск при температурах 500–650 °С называют высоким, а полученную зернистую феррито карбидную смесь сорбитом отпуска. При этом твердость стали снижается, а возрастают показатели ударной вязкости и предела упругости. Получить хорошее сочетание достаточной прочности, вязкости и пластичности (стали для ответственных деталей машин) позволяет высокий отпуск.

Дата добавления: 2015-04-23