Отпуск закаленных сталей

(четвертое основное превращение в стали)

Отпуском называют термическую обработку, заключаю­щуюся в нагреве закаленных сталей до температур ниже Ас₁ с выдержкой при данной температуре и с последую­щим охлаждением. Как правило, структура закаленной стали перед отпуском состоит из мартенсита и остаточ­ного аустенита.

Дилатометрическими измерениями установлено, что при отпуске закаленных углеродистых сталей наблюда­ются три температурных интервала, в которых длина об­разцов изменяется различным образом: при 80…200 °С она уменьшается, при 200…300 °С увеличивается и при 300…400 °С – снова уменьшается. Каждое из указанных изменений обусловлено своим типом фазовых превра­щений, в зависимости от которых и различают три ста­дии отпуска, называемые первой, второй и третьей ста­диями.

Рентгенографическими и электронно-микроскопиче­скими исследованиями установлены фазовые превраще­ния на каждой из стадий.

На первой стадии отпуска происходит перераспреде­ление углерода, который выделяется из мартенсита и об­разует зародыши низкотемпературного гексагонального e - карбида Fe_2,4С. Тетрагональность мартенсита при этом уменьшается и, соответственно уменьшается длина (объ­ем) образца.

На этой стадии пластинчатые зародыши карбидной фазы когерентно связаны с кристаллами мар­тенсита, а концентрация углерода в различных участках неодинакова.

На второй стадии отпуска, протекающей при повыше­нии температуры, происходит одновременно несколько процессов:

1) продолжается распад мартенсита;

2) на­чинается распад остаточного аустенита;

3) увеличивает­ся размер частиц e - карбида и происходит их перестройка в цементит Fe₃С.

Сток углерода из кристаллов мартенсита и рост зародышей карбида приводят к росту напряжений на границе раздела фаз, вследствие повышения различий периодов решеток карбида и тетрагонального мартенси­та. Когерентность (сопряжение) кристаллов этих двух фаз нарушается, и частицы карбида начинают обособляться. Вследствие притока углерода к частицам карбида, их состав на этой стадии уже соответствует не Fe_2,4С, а Fe₃С и, следовательно, гексагональная решетка должна перейти в орторомбическую. Это также способствует нарушению когерентности взаимодействующих фаз.

Распад остаточного аустенита на второй стадии от­пуска аналогичен бейнитному. На этой стадии образуется смесь низкоуглеродистого мартенсита и мелкодисперсных карбидов. Утрата когерентности вызывает снижение на­пряжений второго рода и увеличение напряжений перво­го рода и объема образца.

На третьей стадии отпуска заканчивается выделение углерода из мартенсита. Кристаллы мартенсита превра­щаются в кристаллы феррита с содержанием углерода 0,02 %, соответствующим его равновесной раствори­мости. Частицы цементита на этой стадии продолжают расти, и становятся полностью некогерентными. Такую структуру называют обычно трооститом отпуска. Оба процесса на этой стадии способствуют уменьшению ми­кронапряжений первого и второго родов. Естественно, что объем образца при этом уменьшается.

Все три стадии отпуска связаны с диффузией и по­этому завершение процессов, соответствующих трем ста­диям отпуска, зависит от скорости нагрева. С ее увели­чением температурные границы интервалов осуществле­ния этих стадий смещаются в область более высоких температур.

Дата добавления: 2014-01-05