Что такое отпускная хрупкость

Основные этапы проведения отпуска стали:

  • нагрев сплава до температур начала фазовых превращений;
  • выдержка при требуемой температуре;
  • охлаждение с установленной скоростью.

В результате этого вида т/о получают требуемые технические характеристики изделий, сводят к минимуму внутренние напряжения. Чем выше температура термообработки и чем ниже скорость остывания, тем эффективнее устраняются остаточные напряжения.

Скорость охлаждения зависит от химического состава сплава и запланированного результата:

  • интенсивное охлаждение после отпуска при +550…+650°Cповышает предел выносливости стали за счет сохранения в приповерхностном слое остаточных напряжений сжатия;
  • металлоизделия сложной конфигурации после высокотемпературного отпуска охлаждают медленно, что позволяет избежать коробления;
  • полуфабрикаты из легированных сталей, для которых характерна отпускная хрупкость, после отпуска при +550…+650°C охлаждают только в ускоренном темпе.

В зависимости от температуры нагрева выделяют три вида отпуска стали – высокий, средний и низкий.

Отпуск металла

Отпуском называется операция термической обработки, состоящая в нагреве закаленной стали до температуры ниже критической точки AC1, выдержке при этой температуре с последующим охлаждением.

  Как проверить тиристор

В зависимости от температуры нагрева различают два вида отпуска:

Низкий отпуск

Низкий отпуск

характеризуется нагревом в интервале 120—200°, выдержкой и последующим охлаждением на воздухе. Этот вид отпуска применяют для инструментов и точных деталей, изготовляемых из инструментальной стали, для которых важны высокая твердость и постоянство размеров.

Режущий инструмент подвергают низкому отпуску при температурах 160—200°.

В результате отпуска сталь сохраняет высокую твердость, а иногда и повышает ее за счет распада остаточного аустенита.

Измерительный инструмент и точные детали подвергают низкому отпуску при температурах 120—160°. После такого отпуска (его иногда называютискусственным старением) размеры изделия не меняются.

Сталь после низкого отпуска сохраняет высокие прочностные свойства, но приобретает низкие пластические свойства.

Высокий отпуск

  • Высокий отпуск
  • характеризуется нагревом до температуры 350—650°, выдержкой и охлаждением на воздухе (для углеродистой стали).
  • Нагрев до указанной температуры способствует распаду мартенсита и образованию структур троостита или сорбита.
  • Наличие таких структур весьма желательно для деталей, изготовляемых из конструкционной стали, так как это обеспечивает получение достаточно высоких прочностных и пластических свойств.
  • Температура отпуска влияет на механические свойства стали.
  • Твердость и прочность с повышением температуры убывают, а пластические свойства увеличиваются.

Для деталей, от которых в работе требуются прочность и пластичность (например шестерни, шатуны двигателей внутреннего сгорания, валы коробок передач и т.д.

), отпуск дается до температур 500—600° с целью получения структуры сорбита.

  1. В практике термической обработки такая операция — закалка с высоким отпуском — получила название «термическое улучшение».
  2. Для деталей, которые в работе испытывают знакопеременные нагрузки (например пружины), отпуск дается до температур 350—450° с целью получения структуры троостита.
  3. В этом случае, сталь будет менее пластичная, чем сталь со структурой сорбита, но более прочная и твердая и будет лучше сопротивляться переменным нагрузкам.

Отпуск производят в печах шахтного типа, применяя при этом как воздушную среду, так и жидкие среды (масло, селитра и др.).

§

Особенности низкого отпуска стали

Этот вид термообработки подразумевает нагрев заготовок и полуфабрикатов до +250°C. Результаты процесса: уменьшение закалочных напряжений, улучшение вязкости без падения твердости.

Средне- и высокоуглеродистые закаленные стали с содержанием углерода 0,6-1,3% после низкого отпуска имеют твердость, равную 58-63 HRC, и высокую износостойкость. Но изделия из таких сплавов при отсутствии вязкой сердцевины неустойчивы к динамическим нагрузкам.

Чаще всего низкий отпуск применяется для режущего и мерительного инструмента, изготовленного из углеродистых и низколегированных марок, металлопродукции после цементации, нитроцементации, цианирования.

Отпуск стали

  • Отпуск — термическая обработка металлоизделий, проводимая после закалки для уменьшения или снятия остаточных напряжений в стали и сплавах, повышающая вязкость, уменьшающая твердость и хрупкость металла.
  • Применяется для увеличения пластичности делали и уменьшения хрупкости, прочность металла при этом остается практически без изменений.
  • Различают три вида отпуска в зависимости от значения температуры — низкий, средний и высокий отпуск.

При низком отпуске деталь приобретает высокую прочность, но она становится неприспособленной для динамических нагрузок. Такой способ термообработки подходит для режущих изделий.

При среднем отпуске деталь становится крепкой и упругой — такую отработку выполняют для рессор и пружин.

При высоком отпуске у детали появляется высокая пластичность, прочность, вязкость. Таким способом осуществляют термообработку изделий, которые впоследствии будут принимать ударные нагрузки: валов или шестеренок.

Режимы среднего (среднетемпературного) отпуска стали

Температуры среднетемпературного отпускного процесса – +350…+500°C. Этот вид т/о, применяемый в основном для пружин, рессор, штампов, обеспечивает значительные пределы выносливости и упругости, хорошую релаксационную стойкость. Получаемые структуры: троостит или тростомартенсит, твердость – 45-50 HRC.

Охлаждение в воде после нагрева до температур +400…+450°C применяется для пружин с целью появления на поверхности остаточных напряжений сжатия, повышающих прочностные характеристики металла.

  Как подключить латр к сети

Учебные материалы

Это вид термической обработки, при которой закаленные стали нагреваются ниже А1, выдерживаются при этой температуре и охлаждаются (рисунок 42, г).

Отпуск является окончательной операцией термической обработки, в результате которой сталь получает требуемые механические свойства. Он полностью или частично устраняет внутренние напряжения, возникающие при закалке. Все процессы при отпуске являются диффузионными. В зависимости от температуры нагрева закаленной стали различают три вида отпуска.

Низкотемпературный (низкий) отпуск

проводят при нагреве от 150 до 250 0С. При этом снижаются закалочные макронапряжения из-за уменьшения содержания углерода в пересыщенном твердом растворе (снижается степень тетрагональности кристаллической решетки).

Мартенсит закалки переводится в отпущенный мартенсит, улучшается вязкость и несколько снижается твердость. Начальный период распада мартенсита сопровождается образованием мелких частиц карбидов в форме тонких пластинок.

Закаленная сталь (0,6…1,3% С) после низкого отпуска сохраняет твердость 58…63 HRС, а следовательно, высокую износостойкость.

Однако такое изделие (если оно не имеет вязкой сердцевины) не выдерживает значительных динамических нагрузок.

Низкотемпературному отпуску подвергают режущий и измерительный инструмент из углеродистых и низколегированных сталей, а также детали, претерпевшие поверхностную закалку, цементацию, цианирование или нитроцементацию. Продолжительность отпуска составляет обычно 1…2,5 часа.

Среднетемпературный (средний) отпуск

проводят при 350…500 0С и применяют главным образом для пружин и рессор, а также для штампов. Такой отпуск обеспечивает высокие пределы упругости и выносливости. Структура стали после среднего отпуска — троостит отпуска. Твердость стали составляет 40…50 HRС.

Высокотемпературный (высокий) отпуск

проводят при 500…680 0С. Структура стали после высокого отпуска — сорбит отпуска. Он создает наилучшее сочетание прочности и вязкости стали.

Закалка с высоким отпуском (по сравнению с нормализацией или отжигом) повышает предел прочности, предел текучести, ударную вязкость. Термическую обработку, состоящую из закалки и высокого отпуска, называют улучшением.

Улучшению подвергают среднеуглеродистые (0,3…0,5 %С), конструкционные стали, к которым предъявляются высокие требования по пределу выносливости и ударной вязкости. Улучшение повышает конструктивную прочность стали, уменьшая чувствительность к концентраторам напряжений.

Термомеханическая обработка > Дальше >

Высокотемпературный отпуск стали – режимы, цели

Температуры высокого отпуска – +500…+650°C, получаемая структура стали – сорбит отпуска. Задача, решаемая этим видом т/о, – получение оптимального соотношения между прочностью и вязкостью.

Комплексная термообработка, включающая закалку и высокий отпуск, называется улучшением.

Ее преимущество по сравнению с различными видами отжига и нормализацией – повышение временного сопротивления, предела текучести, ударной вязкости, относительного сужения.

Закалка и отпуск закаленной стали применяются для среднеуглеродистых сталей с содержанием C 0,3-0,5%, к которым предъявляются повышенные требования к ударной вязкости и пределу выносливости. С их помощью повышают прочность материала, снижают чувствительность к концентраторам напряжений, температуру порога хладоломкости, склонность к трещинообразованию.

Длительность высокого отпуска – 1-6 часов. Конкретное время зависит от габаритов металлоизделия.

Высокий отпуск стали — ПЗТО

Высокий отпуск стали — метод термической обработки, при котором металл нагревается до температуры не выше нижнего порога интервала превращений Ас1, выдерживается при ней и медленно или быстро охлаждается.

Скорость охлаждения зависит от сложности форм деталей, в случае с легированными сталями важен фактор отпускной хрупкости. Отпуск является заключительным этапом термообработки металлов. От правильности его выполнения во многом зависит конечное качество готовой детали.

Когда высокий отпуск проводится после закалки, применим термин «улучшение стали».

Назначение проведения высокого отпуска металла

Основная цель обработки металла методом высокого отпуска — придание ему максимальной вязкости в условиях сохранения достаточных упругости и предела прочности металла.

В процессе проведения высокого отпуска сталь приобретает наивыгоднейшее сочетание механических свойств с вязкостью и пластичностью.

Также, при условии медленного охлаждения, практически полностью устраняются внутренние напряжения металла, возникающие после закалки. Используется для снятия напряжений после правки.

Термообработку в виде высокого отпуска применяют к деталям из среднеуглеродистых и конструкционных сталей — к ним предъявляются повышенные требования относительно пределов ударной вязкости, выносливости и текучести. Повышается конструктивная прочность стали, происходит понижение верхнего и нижнего порогов хладноломкости, сводится к минимуму возможность развития трещин.

Методика улучшения стали, как правило, применяется для деталей различных станков и машин.

Режим проведения высокого отпуска

Температурный режим, в условиях которого возможен полный отпуск — выше 500° С и ниже точки Ас1 — нижнего предела интервала превращений. Таким образом, интервал температур находится в пределах 500 — 600° С, для легированных сталей — до 700° С. Время выдержки по достижении требуемых температур — 0,5 — 1 час.

В роли охлаждающих сред могут фигурировать воздушная и масляная среды. Что касается скорости охлаждения, детали сложных форм охлаждаются медленно для исключения коробления, изделия из легированных сталей во избежание хрупкости охлаждают быстро.

Скорость охлаждения также в значительной мере влияет на снятие внутренних напряжений в металле — чем медленнее идет процесс охлаждения, тем меньше остается внутренних напряжений.

Высокий отпуск стали на нашем заводе проводится в камерной отпускной электропечи современного образца, оборудованной системой принудительной циркуляции атмосферы внутри печи. Среди достоинств нашего оборудования:

  • контроль температуры
  • конвекция
  • регулировочные приборы высокой точности
  • равномерное распределение температуры в различных точках печи
  • графики-режимы термообработки изделий

Процесс термической обработки металла с помощью такого оборудования проходит в условиях строгого соблюдения технологических требований. Изделия, прошедшие высокий отпуск на нашем оборудовании, отличаются высоким качеством металла и улучшенными характеристиками.

Читайте также:  Портативные переносные газоанализаторы подразделяются на следующие типы

Структурные изменения в результате проведения высокого отпуска стали

В ходе высокого отжига происходит процесс рекристаллизации (приводящей вещество в состояние большей термодинамической устойчивости) в сочетании со сфероидизацией цементита. Частицы цементита приобретают округлую форму размером от 0,5 до 2 мкм.

, приобретается структура сорбита отпуска с зернистой формой. Сорбит отпуска наделяет сталь повышенной ударной вязкостью. Легированные стали приобретают структуру зернистого перлита. Обеспечивается структурная стабильность, снимается внутреннее напряжение.

Технологические процессы на нашем заводе проводятся в современном компьютеризированном оборудовании под управлением квалифицированного персонала. Это помогает добиться самых высоких показателей в области химико-термической обработки металлов. У нас практикуется индивидуальный подход к каждому клиенту и каждому заказу.

  Цинкование метизов и деталей крепежа

Заказать услугу по высокому отпуску металла Вы можете, воспользовавшись формой обратной связи или по телефонам нашего сайта.

Виды отпускной хрупкости

Повышение температуры отпуска в большинстве случаев улучшает характеристики металлоизделия, способствует эффективному снятию остаточных напряжений. Но есть ситуации, приводящие к ухудшению характеристик сплава. Ученые-металлурги разработали несколько действенных технологий устранения проблемы отпускной хрупкости, которая может быть низко- или высокотемпературной.

Хрупкость I рода – низкотемпературная

Эта разновидность хрупкости возникает при длительной выдержке материала при температурах +250…+350°C. Скорость охлаждения на вероятность ее появления не влияет. Распространяется эта проблема на все марки сталей.

Причина возникновения хрупкости I рода – активное, но неравномерное распространение углерода по поверхности кристаллической решетки.

Следствие этого процесса – искажение кристаллической структуры сплава, а, следовательно, существенное увеличению хрупкости.

Отпускная хрупкость I рода является необратимым процессом, и она резко снижает эксплуатационные характеристики сплава, который становится пригодным только для переплавки.

Технология борьбы с этой проблемой – выполнение низко- либо среднетемпературного отпуска. Нагрев до промежуточных температур – не допускается.

Склонность к низкотемпературной отпускной хрупкости снижает высокотемпературная ТМО.

Отпускная хрупкость II рода – высокотемпературная

Проблема высокотемпературной отпускной хрупкости возникает при совпадении трех факторов. Это:

  • нагрев сплава до температур, превышающих +500°C;
  • наличие в стали высокого процентного содержания Cr, Mn, Ni;
  • медленное охлаждение.

Последствие сочетания этих параметров – неравномерность распределения атомов углерода, хрома, марганца, никеля, нарушающая кристаллическую решетку стали.

Высокотемпературная отпускная хрупкость усиливается при выдержке в течение 8-10 часов изделий в опасном температурном диапазоне.

Определить эту проблему можно только при травлении шлифов поверхностно-активными реагентами, выявляющими границы аустенитных зерен, по которым происходит хрупкое разрушение.

Существует два наиболее эффективных варианта решения этой проблемы. Первый способ: после появления признаков отпускной хрупкости нагреть металлоизделие еще раз до заданной температуры в масляной среде и быстро охладить. Второй метод –легирование сплава вольфрамом (примерно в количестве 1%) или молибденом – 0,3-0,4%.

Технология отпуска стали | Полезные статьи о металлопрокате

Отпуск стали (ОС) представляет собой заключительный этап термической обработки металла, который применяют для улучшения его физико-химических свойств.

Чаще всего его выполняют после закалки стального полуфабриката (заготовки) или готового изделия. Причем можно обрабатывать этим способом все изделие или его отдельные части.

В ходе воздействия определенных температурных режимов нагревания и охлаждения происходит перестройка кристаллической структуры сплава.

Она приводит к устранению внутреннего напряжения, возникшего в процессе его термообработки на химическом уровне.

Отпуску можно подвергать все конструкционные и легированные стали, хотя сам процесс, его временные и температурные диапазоны имеют некоторые отличия, о которых будет сказано ниже.

Термообработка позволяет изменять физико-химические свойства металла, доводя их до нужных параметров по следующим важным характеристикам:

  • прочность;
  • хрупкость;
  • пластичность;
  • ударная вязкость и некоторые другие.

Однако, достичь этого возможно только при правильном выборе режимов термического воздействия. Иначе велика вероятность получить неисправимый брак, ухудшив молекулярную структуру и физические свойства сталей настолько, что они будут пригодны только для переплавки.

Процесс закалки вызывает накопление внутри стальной заготовки или готового изделия внутреннего напряжения. Оно появляется вследствие деформации кристаллической решетки сталей, сопровождающейся неравномерным распределением атомов углерода и элементов, используемых в качестве легирующих добавок.

Процесс отпуска с нагревом и последующим охлаждением позволяет перераспределить все эти атомы более равномерно по всей массе металла:

  • повышение температуры запускает процессы полигонизации, рекристаллизации, которые приводят к глубоким изменениям кристаллической решетки металлической заготовки;
  • регулирование длительности нагрева (в среднем 20–40 мин.) и дополнительной выдержки (около 1–3 час.) влияет на равномерность распределения атомов в структуре сталей;
  • управление скоростью остывания позволяет закрепить результат и улучшить качество металла до нужных параметров.

Происходит корректировка ряда закалочных параметров:

  • структура приобретает большую вязкость и пластичность, сохраняя все свойства закаленной стали;
  • снижается жесткость и хрупкость материала.

Руководствуясь структурными составляющими и свойствами, которые требуется получить в результате термообработки, выполняют отпуск на:

  • мартенсит;
  • перлит;
  • троостит.

Традиционная технология отпуска стали заключается в выполнении двух основных процессов:

  • нагревание металла (заготовки, полуфабриката, изделия) и выдержка в определенном температурном режиме в специальной печи;
  • медленное охлаждение с применением воздушного или жидкого способа (на открытом воздухе, в масле, селитре, щелочной среде).

Нагрев конструкционной стали производят при температурах, близких к закалочным или ниже. Легированные сплавы требуют более высоких температурных диапазонов, поскольку присутствующие в них добавки имеют свойство замедлять образование требуемой внутренней структуры.

Отпуск стали проводят в трех температурных диапазонах. Режимы нагрева зависят от:

  • марки стали, химического состава сплава (конструкционные требуют более низких температур, легированные – повышенных);
  • требуемых параметров (с повышением температуры отпуска снижаются характеристики твердости с одновременным повышением ударной вязкости металла).

Предполагает нагрев сталей в пределах от 120 до 300 °C.

В процессе термообработки в указанном диапазоне:

  • происходит снижение внутреннего напряжения;
  • повышается показатель вязкости;
  • сохраняется высокая твердость и износостойкость.

Такой обработке подвергают преимущественно инструментальные конструкционные стали (высокоуглеродистые низколегированные) в случаях, если их поверхность до этого прошла термохимическую обработку. В результате получают изделия с показателем твердости 60-63 HRC.

При повышении температуры до 120–150 °C в структуре сплава начинают происходить изменения, снижающие остаточные напряжения.

Доведение жара в печи до 200–300-градусного уровня запускает формирование мартенсита отпуска – структуры сплава, приводящей к снижению твердости и увеличению пластичности, вязкости.

Такой тепловой режим поддерживают на протяжении 1–3 часов. Этого времени достаточно для диффузии углеродного компонента в сталях. При этом изменения в атомной решетке не сопровождаются рекристаллизацией и полигонизацией.

Этот техпроцесс применяется при изготовлении измерительного, хирургического, режущего, рубящего инструмента, молотков, штампов, сверл и других изделий.

Процесс предусматривает нагревание и выдержку сплава при 300 – 450 °C в течение 2 – 4 часов. Охлаждение происходит на спокойном воздухе естественным путем.

Процесс не предполагает проявлений рекристаллизации и полигонизации, сопровождающих активную диффузию атомов углерода.

Основная задача обработки заключается в придании изделиям заданных параметров по вязкости, релаксационной стойкости, упругости при сохранении высокой прочности. В результате получают сплавы с трооститной структурой с показателем твердости 45-50 HRC.

Такая термообработка применяется преимущественно для изделий, выполненных из рессорных пружинных сплавов. Это – пилы по дереву, пружины, штампы ковочные, рессоры и другие подобные изделия, подвергающиеся в ходе эксплуатации переменным динамическим нагрузкам.

Процесс термической обработки сталей предполагает разогревание изделия до 450 – 600 °C. Он длится в среднем 2 – 3 часа. Особо сложные конструкции могут потребовать 6-часового цикла.

Результатом отпуска является повышение пластичности, ударной вязкости в сочетании с некоторой потерей прочности. Удается снизить внутреннее напряжение в толще металла на 95 %.

Сплав приобретает структурные свойства сорбита отпуска. Если выполнить нагревание до более высокой температуры (около 690 °C), то в структуре металла станет преобладать зернистый перлит.

Таким образом обрабатываются кузнечные молоты, прессы, оси, валы, шатуны и другие детали, которые эксплуатируются в условиях повышенных ударных нагрузок.

За счет добавления в состав железо-углеродного сплава отдельных легирующих элементов (хрома, ванадия, вольфрама и других) происходит существенное изменение его физико-химических свойств. При определенных параметрах нагревания и охлаждения именно легирующие составляющие превращаются в центры кристаллизации. Это требует особого подхода к условиям термообработки.

Все основные свойства легированного стального сплава – структура, фазовое состояние, физические характеристики – имеют прямую зависимость от температуры нагрева. Проблема заключается в том, что наличие легирующих добавок приводит к снижению скорости распада мартенсита. Чтобы не допустить этого, необходимо обеспечить повышение температуры в нагревательной печи.

Использование технологии ОС требует тщательного контроля температурного режима в течение всего процесса. Одной из причин является возникновение явления, называемого «отпускной хрупкостью».

При определенных температурных диапазонах, которые получили название «островков хрупкости», в структуре некоторых марок конструкционных и легированных сплавов происходят изменения (обратимые и необратимые), ухудшающие их свойства. В таких случаях:

  • происходит неравномерная диффузия углерода;
  • нарушается кристаллическая структура сплава;
  • наблюдается критическое увеличение хрупкости металла.

В зависимости от температурного диапазона и последствий проявления структурных нарушений, различают отпускную хрупкость:

  1. Необратимая (I рода). Обычно наблюдается в температурном диапазоне между 250 и 400 °C. Ей подвержены практически все углеродистые конструкционные сплавы. При наступлении указанного состояния металл становится непригодным к эксплуатации и, как правило, идет на переплавку. Хрупкости I рода можно избежать, если использовать при термообработке температурные диапазоны, находящиеся за пределами «островка отпускной хрупкости».
  2. Обратимая (II рода). Наблюдается обычно при нагревании в температурном диапазоне от 500 до 550 °C. Основной причиной появления дефекта является слишком медленное остывание заготовки (полуфабриката, детали, изделия). В отличие от хрупкости I рода, допускается возможность исправления такого брака путем выполнения дополнительной термообработки:
  • повторный нагрев сплава до 500 °C и выше;
  • ускоренное охлаждение изделия в масляной среде.

Проблему можно также устранить путем внесения молибдена в количестве от 0,3 до 0,4 % массы сплава или вольфрама в количестве порядка 1 %. После этого можно выполнять отпуск стали обычным способом.

Другим вариантом ухода от указанной проблемы является использование температурных диапазонов, находящихся за пределами «островка отпускной хрупкости» II рода.

Поскольку технология отпуска стали требует постоянного контроля температурных показателей на каждом этапе производственного процесса, ее преимущественно применяют в условиях предприятий и участков, имеющих специальное металлургическое оборудование. Однако, это не значит, что отдельные самые простые операции ОС нельзя выполнить с применением подсобных средств.

Обычно в домашних условиях возникает необходимость снять внутреннее напряжение в металле, из которого изготовлены различные бытовые инструменты (режущие, рубящие) и некоторые другие изделия. Для выполнения такого отпуска не обязательно даже знать марку сплава.

В качестве источников тепла для нагрева изделия можно использовать:

  • духовой шкаф или кухонную плиту;
  • газовую горелку;
  • горн самодельного изготовления.
Читайте также:  Уфо в домашних условиях

Обычно с их помощью выполняют:

  • нагрев детали до 200 °C;
  • выдержку при этой температуре на протяжении 1 часа или более;
  • охлаждение на открытом воздухе.

Поддерживать/регулировать температурный режим нагрева можно несколькими способами:

  • с помощью встроенного терморегулятора бытовой печи;
  • с применением мультиметра с термопарой;
  • по таблицам из учебных пособий по металлообработке, содержащим температурные диапазоны закалки и отпуска различных стальных сплавов;
  • с применением цветовых таблиц побежалости, проявляющейся на нагретом металле.

Последний способ требует определенного опыта, поскольку цвет горячей заготовки может искажаться в зависимости от внешнего освещения, а также зависит от субъективного цветового восприятия конкретного человека.

Большая Энциклопедия Нефти и Газа

Cтраница 2

Критический диаметр составляет РћРЈР° 15 — — 20 РјРј. Недостатком сталей этой РіСЂСѓРїРїС‹ являются склонность Рє отпускной хрупкости второго СЂРѕРґР°. Для РЅРёС… необходимо быстрое охлаждение после отпуска.  [16]

Хромистые стали имеют хорошую прокаливаемость.

Недостатком хромистых сталей является их склонность к отпускной хрупкости второго рода.

Хромистая сталь широко применяется для изготовления различных деталей машин.  [17]

Поэтому отпускная хрупкость второго СЂРѕРґР° является весьма существенным недостатком тех легированных сталей, которые ей подвержены. Обычно, РєРѕРіРґР° РіРѕРІРѕСЂСЏС‚ Рѕ склонности стали Рє отпускной хрупкости, имеют РІ РІРёРґСѓ именно отпускную хрупкость второго СЂРѕРґР°.  [18]

Это понижает СЃРІРѕР±РѕРґРЅСѓСЋ энергию решетки, так как, занимая места РІ растянутых или сжатых участках решетки РІ зависимости РѕС‚ своего диаметра, атомы примесей занимают термодинамически более выгодное положение. Такое расположение атомов примесей тормозит перемещение дислокаций, препятствует пластической деформации РЅР° границах зерен Рё блоков Рё создает отпускную хрупкость второго СЂРѕРґР° РїСЂРё разрушении РїРѕ границам зерен. Обратимость этой хрупкости объясняется тем, что РїСЂРё повторных нагревах примеси благодаря диффузии РјРѕРіСѓС‚ СЃРЅРѕРІР° перераспределяться РІ кристаллической решетке.  [19]

Р�зменение свойств РїРѕРґ влиянием магнитного поля объясняется некоторым измельчением блоков мозаики вследствие магнитострик-ции, ориентации мартенситных кристаллов своей большой РѕСЃСЊСЋ вдоль направления легкого намагничивания, Р° также расположения кристаллов мартенсита РїРѕ доменной структуре, которая после намагничивания РґРѕ насыщения создает общую магнитную ориентацию РІРѕ всех зернах. Поэтому после термо-магнитной обработки уменьшается влияние границ зерен аустенита РЅР° свойства сталей Рё, РІ частности, РЅР° РёС… склонность Рє отпускной хрупкости второго СЂРѕРґР°.  [20]

Наиболее восприимчивы Рє отпускной хрупкости второго СЂРѕРґР° стали, содержащие повышенное количество фосфора или марганца, Р° также хромомарганцевые Рё хромоникелевые стали. Введение РІ сталь небольшого количества молибдена ( 0 2 — 0 3 %) или вольфрама ( 0 5 — 0 7 %) значительно уменьшает склонность стали Рє отпускной хрупкости второго СЂРѕРґР°.  [21]

Совсем иной характер имеет отпускная хрупкость второго рода.

Во-первых, отпускная хрупкость второго рода свойственна далеко не всем сталям, а только некоторой группе их, в частности, хромоникелевым и хромо-марганцовым.

Р’Рѕ-вторых, отпускная хрупкость второго СЂРѕРґР° проявляется лишь РІ том случае, если охлаждение после отпуска было медленное ( фиг.  [22]

Скорость охлаждения при отпуске углеродистой стали большого значения не имеет.

Однако медленное охлаждение некоторых легированных конструкционных сталей после высокого отпуска приводит к резкому снижению ударной вязкости. Это явление называют отпускной хрупкостью второго рода.

Для устранения ее РїСЂРѕРёР·РІРѕРґСЏС‚ быстрое охлаждение или РІРІРѕРґСЏС‚ РІ сталь небольшие количества молибдена, вольфрама, РЅРёРѕР±РёСЏ, титана.  [24]

Хромистые стали СЃ РЅРёР·РєРёРј содержанием углерода подвергают цементации СЃ последующей двукратной закалкой Рё РЅРёР·РєРёРј отпуском, Р° СЃРѕ средним Рё высоким содержанием углерода — улучшению.

Хромистые стали имеют хорошую прокали-ваемость. Недостатком некоторых хромистых сталей является их склонность к отпускной хрупкости второго рода; поэтому, как видно из табл.

5, для каждой марки указывают охлаждающую среду после высокого отпуска.  [25]

Высокая степень размельченности специальных карбидов и легированного цементита после отпуска обеспечивает у легированных сталей хорошее сочетание прочности и вязкости.

Однако следует заметить, что если Сѓ углеродистых сталей скорость охлаждения после отпуска РЅРµ имела значения, то Сѓ некоторых легированных сталей ( например, хромоникелевых) РїСЂРё медленном охлаждении после высокого отпуска наблюдается резкое падение ударной вязкости, несмотря РЅР° снижение твердости. Это явление, как РјС‹ уже знаем, называют отпускной хрупкостью второго СЂРѕРґР°. РћРЅР° может быть устранена путем введения небольших количеств молибдена, вольфрама, РЅРёРѕР±РёСЏ или титана или же путем быстрого охлаждения. Последний СЃРїРѕСЃРѕР± применяется реже, так как быстрое охлаждение после отпуска способствует развитию РІ стали внутренних напряжений.  [26]

Наибольшее значение РІ развитии отпускной хрупкости второго СЂРѕРґР° имеет фосфор, который, выделяясь РїСЂРё нагреве РёР· феррита, располагается РІ РІРёРґРµ легкоплавких фосфористых соединений РЅР° границах зерен сплава. Наличие С…СЂРѕРјР°, фосфора Рё марганца способствует развитию РІ стали отпускной хрупкости второго СЂРѕРґР°; молибден Рё вольфрам эту склонность стали снижают.  [27]

Хромоникелевые стали являются наилучшими конструкционными сталями; РѕРЅРё обладают высокой прочностью Рё вязкостью, что особенно важно для деталей, работающих РІ тяжелых условиях. Хромоникелевые стали имеют высокую прокаливаемость. Рљ недостаткам хромоникелевых сталей относятся плохая обрабатываемость резанием, обусловленная присадкой никеля, Рё большая склонность Рє отпускной хрупкости второго СЂРѕРґР°. Хромоникелевые стали подвергают как цементации, так Рё улучшению.  [28]

Для сталей, склонных к отпускной хрупкости второго рода, следует предусматривать быстрое охлаждение после отпуска.

Эти стали РЅРµ должны РІ работе нагреваться РґРѕ высоких температур ( 500 — 600 РЎ), так как это может также повести Рє охрупчиванию.

Р’ тех случаях, РєРѕРіРґР° после отпуска нельзя создать быстрое охлаждение ( например, для очень крупных деталей), следует применять стали, легированные молибденом, замедляющим развитие отпускной хрупкости второго СЂРѕРґР°.  [29]

С повышением температуры отпуска закаленных углеродистых сталей ударная вязкость непрерывно повышается ( см. фиг.

Зависимость ударной вязкости от температуры отпуска некоторых закаленных легированных сталей выражается более сложной кривой ( фиг.

Первый РјРёРЅРёРјСѓРј ударной вязкости РїСЂРё температуре около 300 называется Рѕ С‚ — Рї Сѓ СЃ Рє Рё Рѕ it хрупкостью первого СЂРѕРґР°, второй РјРёРЅРёРјСѓРј РїСЂРё температуре около 550 — отпускной хрупкостью второго СЂРѕРґР°.  [30]

Страницы:      1    2    3

Отпуск стали: сводная таблица видов, отпускная хрупкость

Отпуск — это процесс термической обработки, заключающийся в нагреве закаленной стали до температур ниже точки Ас1, c целью получения равновесной структуры и заданного комплекса механических свойств.

После закалки сталь имеет структуру на основе мартенсита с тетрагональной искаженной кристаллической решеткой и остаточного аустенита, количество которого зависит от химического состава стали. При нагреве закаленной стали в ее структуре происходят фазовые превращения, которые можно показать в виде схемы.

Схема фазовых превращений при отпуске сталей

Что такое отпуск стали

Отпуском металла называют один из видов термической обработки, при которой сохраняется его фазовое состояние, но при этом корректируется ряд закалочных характеристик. В первую очередь при отпуске резко уменьшается напряжение внутренней структуры, которое возникает в результате деформаций кристаллической решетки при закалке.

  Таблица резьб метрических для токарей

Кроме того, снижается жесткость и хрупкость, что является следствием насыщения игольчатых элементов мартенсита ферритом и образования перлитовых зерен (см. рис. ниже). Такая структура сохраняет свойства закаленного металла, но вместе с тем становится более пластичной и вязкой.

У легированных сталей все эти процессы протекают с некоторыми отличиями, которые связаны с тем, что легирующие элементы в определенных условиях становятся центрами кристаллизации и таким образом изменяют физико-химические характеристики металла.

Стальные изделия отпускают путем их нагрева до заданного значения с последующим медленным охлаждением на открытом воздухе или в специальной среде. От температуры разогрева напрямую зависит фазовое состояние и структура металла, образующиеся после отпускания, а следовательно, и его физические характеристики.

В целом соблюдается правило: чем выше температура, тем ниже хрупкость и твердость и выше гибкость и вязкость.

В зависимости от используемых температурных диапазонов выделяют три основных вида отпуска стали: низкий, средний и высокий, пределами нагревания которых являются, соответственно, 300 ºC, 450 ºC и 650 ºC.

Первый вид характеризуется самой высокой твердостью, а последний — самой большой ударной вязкостью.

Температуры нагрева при отпуске сталей напрямую зависят от их химического состава, т. к. легирующие добавки оказывают значительное влияние на процесс формирования структурных элементов. Обычно это связано с замедлением распада мартенсита, что требует повышения температурных режимов.

Кроме того, при отпуске высоколегированных сталей могут присутствовать такие явления, как увеличение жесткости, связанное с образованием троостита, и возникновение отпускной хрупкости.

Виды отпуска стали

Главный технический параметр ОС — это температура нагрева. Различают 3 типа ОС — высокий, средний и низкий.

Конечно, высокотемпературный отпуск является оптимальным средством обработки, поскольку чем выше температура нагрева, тем более активно будет происходить рекристаллизация металла.

Однако низко- и среднетемпературные способы обработки также имеют практическую пользу, которую не стоит недооценивать. Ниже мы рассмотрим каждый тип ОС по отдельности.

Высокий

Высокий отпуск стали — это вариант отпускной обработки при температуре от 500 до 700 градусов.

Данный способ является самым эффективным, поскольку при таком нагреве происходит полигонизация и рекристаллизация материала, что позволяет устранить все напряжения внутри металла.

Обычно длится от 2 до 3 часов. В случае обработки сложных конструкций рекомендованное время может увеличиваться до 6 часов.

Главный недостаток высокотемпературного отпуска — это небольшое снижение прочности материала. Поэтому методика не годится для обработки деталей, которые во время эксплуатации будут испытывать сверхвысокую нагрузку.

Высокотемпературная методика распространяется на все виды стали, однако обратите внимание, что в случае некоторых легированных сплавов во время обработки может возникнуть так называемая обратимая высокотемпературная хрупкость.

Средний

Основная особенность среднего отпуска — активная диффузия углерода без полигонизации и рекристаллизации сплава. В случае среднетемпературной обработки улучшается упругость материала, повышается его релаксационная стойкость.

Температура отпуска стали в данном случае находится в пределах от 350 до 500 градусов. Средний срок проведения обработки — 2-4 часа. Оптимальная среда — маслянистая или щелочная. Средняя обработка хорошо подходит для прочных деталей сложной формы — рессоры, пружины, ударные конструкции.

Читайте также:  Ткацкий станок своими руками чертежи схемы

Однако на практике данная технология используется редко в связи с рядом ограничений:

  • В температурной диапазоне от 250 до 300 градусов находится так называемый островок хрупкости первого рода, которого следует избегать. Одновременно с этим при температуре выше 500 градусов находится другой островок хрупкости второго рода (его тоже рекомендуется избегать). Об особенностях этих островков мы расскажем ниже. А небольшое отклонение температуры в большую или меньшую сторону во время отпуска может привести к фатальным последствиям.
  • Методика не имеет преимуществ в сравнении с альтернативными технологиями (низкой и высокой). Одновременно с этим слабые печи для обработки обычно не могут нагревать рабочую среду до таких температур, а более сильные печи могут нагреваться до более высоких температур, что неудобно с практической точки зрения.

Низкий

Низкий отпуск стали — методика обработки стального сплава или изделия, при которой нагрев осуществляется до температуры от 100 до 250 градусов. Срок обработки обычно составляет 1-3 часа в зависимости от типа детали, ее габаритов.

Во время низкотемпературной обработки происходит диффузия частиц углеродистых компонентов без полигонизации и рекристаллизации атомной решетки.

Это позволяет повысить некоторые физические характеристики материала — прочность, пластичность, твердость, химическую инертность.

Низкий отпуск — универсальная технология, однако по факту ее применяют в основном для отпуска изделий из низколегированных и высокоуглеродистых сталей (ножи, посуда, простые детали). Также нужно избегать нагрева материала выше температуры 250 градусов (в противном случае он попадет в островок хрупкости первого рода, что чревато необратимой порчей металла).

Сводная таблица

Тип отпуска Время Температура отпуска стали Краткие особенности
Низкий 1-3 часа От 100 до 250 градусов Происходит только частичная диффузия углерода. Следует избегать перегрева материала выше отметки 250 градусов.
Средний 2-4 часа От 350 до 500 градусов Происходит полная диффузия углерода без полигонизации, рекристаллизации. На практике используется редко из-за ряда ограничений.
Высокий 2-3 часа От 500 до 700 градусов Происходит полная диффузия углерода, полигонизация, рекристаллизация. Немного снижает прочность материала, поэтому не применяется для сверхпрочных деталей.

Низкий отпуск

Низкой отпуск производится в температурном диапазоне 120÷300 ºC. Выбор конкретного температурного режима зависит от марки металла и требуемого результата. Чаще всего таким способом снижают внутренние напряжения и несколько повышают вязкость инструментальных сталей, которым требуется повышенная твердость и стойкость к износу.

При 120÷150 ºC изменения твердости не происходит, а только снижаются остаточные напряжения. Для ее уменьшения изделие необходимо нагреть как минимум до 200 ºC и выдерживать в этих условиях не менее одного часа.

В интервале от 200 ºC до 300 ºC начинается формирование мартенсита отпуска и происходит уменьшение твердости с одновременным увеличением вязкости стали.

  ГОСТ 14019-80 Металлы. Методы испытания на изгиб

В некоторых случаях в этом температурном диапазоне наблюдается значительное снижение вязкости, которое называют отпускной хрупкостью.

Последствия этого явления устраняются дополнительной термообработкой.

Кроме инструментальных, низкий отпуск с нагреванием до 250 ºC применяется и для конструкционных сталей, поверхность которых была подвергнута термохимической обработке.

мтомд.инфо

Отпуск является окончательной термической обработкой.

Целью отпуска является повышение вязкости и пластичности, снижение твердости и уменьшение внутренних напряжений закаленных сталей (см. Закалка стали).

С повышением температуры нагрева прочность обычно снижается, а пластичность и вязкость растут. Температуру отпуска выбирают, исходя из требуемой прочности конкретной детали.

Термическая обработка металла. Термическая обработка металлов и сплавов. Виды термической обработки металлов. Виды термообработки.

Различают три вида отпуска:

1. Низкий отпуск с температурой нагрева Тн = 150…300oС.

В результате его проведения частично снимаются закалочные напряжения. Получают структуру – мартенсит отпуска. Проводят для инструментальных сталей после закалки токами высокой частоты или после цементации.

2. Средний отпуск с температурой нагрева Тн = 300…450oС.

Получают структуру – троостит отпуска, сочетающую высокую твердость 40…45HRC c хорошей упругостью и вязкостью. Используется для изделий типа пружин, рессор.

3. Высокий отпуск с температурой нагрева Тн = 450…650oС..

Получают структуру, сочетающую достаточно высокую твердость и повышенную ударную вязкость (оптимальное сочетание свойств) – сорбит отпуска. Используется для деталей машин, испытывающих ударные нагрузки. Комплекс термической обработки, включающий закалку и высокий отпуск, называется улучшением.

Способы закалки. Способы закалки стали. Виды закалки стали. Технология закалки стали. Режимы закалки сталей. Закалка стали. Закалка металла. Виды закалки. Температура закалки. Закаливаемость. Прокаливаемость. Критический диаметр.

Отпускная хрупкость

Обычно с повышением температуры отпуска ударная вязкость увеличивается, а скорость охлаждения не влияет на свойства. Но для некоторых сталей наблюдается снижение ударной вязкости. Этот дефект называется отпускной хрупкостью.

Зависимость ударной вязкости от температуры отпуска

Отпускная хрупкость I рода наблюдается при отпуске в области температур около 300oС. Она не зависит от скорости охлаждения.

Это явление связано с неравномерностьюпревращения отпущенного мартенсита (см. Мартенсит. Мартенситное превращение.). Процесс протекает быстрее вблизи границ зерен по сравнению с объемами внутри зерна.

У границ наблюдается концентрация напряжений, поэтому границы хрупкие.

Отпускная хрупкость I рода “необратима“, то есть при повторных нагревах тех же деталей не наблюдается.

Нормализация стали. Температура нормализации стали. Процесс нормализации стали.

Отпускная хрупкость II рода наблюдается у легированных сталей при медленном охлаждении после отпуска в области 450…650oС. При высоком отпуске по границам зерен происходит образование и выделение дисперсных включений карбидов. Приграничная зона обедняется легирующими элементами.

При последующем медленном охлаждении происходит диффузия фосфора к границам зерна. Приграничные зоны обогащаются фосфором, снижаются прочность и ударная вязкость. Этому деекту способствуют хром, марганец и фосфор.

Уменьшают склонность к отпускной хрупкости II рода молибден и вольфрам, а также быстрое охлаждение после отпуска.

Отжиг стали. Отжиг второго рода. Полный отжиг. Неполный отжиг. Полный и неполный отжиг. Изотермический отжиг.Отжиг стали. Отжиг первого рода. Диффузионный отжиг. Отжиг рекристаллизационный. Отжиг для снятия напряжений.

Отпускная хрупкость II рода “обратима“, то есть при повторных нагревах и медленном охлаждении тех же сталей в опасном интервале температур дефект может повториться.

Стали, склонные к отпускной хрупкости II рода, нельзя использовать для работы с нагревом до 650oС без последующего быстрого охлаждения.

Средний отпуск

Средний отпуск предназначен для термообработки стальных изделий, которые должны сочетать в себе повышенную прочность и упругость с заданными параметрами вязкости. Как правило, таким способом отпускают рессорные и пружинные стали, работающие в режиме переменных динамических нагрузок.

Температурный диапазон в этом случае составляет от 300 ºC до 450 ºC, а твердость снижается до 45÷50 HRC против 60÷63 при низкотемпературном отпуске. После такой термообработки сталь приобретает трооститную структуру. Выдержка при нагреве при среднем отпуске может составлять до нескольких часов, а охлаждение проводится естественным путем на спокойном воздухе.

Высокий отпуск

Высокий отпуск проводится в температурном диапазоне, приближенном к критической точке: от 450 ºC до 650 ºC. После такой термообработки сталь становится пластичной, у нее повышается относительное удлинение и сужение, а также ударная вязкость.

Это связано с тем, что металл приобретает структуру сорбита отпуска и у него на 95 % снижаются внутренние напряжения. Таким способом отпускают изделия, работающие в условиях ударных нагрузок: валы, оси, шатуны, детали прессов и кузнечных молотов.

Если же сталь отпускать при 690 ºC, то в ее структуре будет превалировать зернистый перлит, а сама она будет иметь максимальную пластичность и минимальную прочность. У некоторых ванадиевых, хромовых и вольфрамовых сталей при отпускании с нагреванием до 560 ºC может происходить образование троостита, что ведет к повышению твердости (т. н. вторичная твердость).

Отпускная хрупкость

Практически для всех сталей действует стандартная зависимость: чем выше температура нагрева при отпуске, тем больше пластичность и вязкость отпущенного изделия.

Однако у некоторых марок при повышении температуры наблюдается снижение этих физических характеристик и увеличение жесткости и хрупкости. Это явление называется отпускной хрупкостью и имеет место при термообработке как углеродистых, так и легированных сталей.

Она проявляется в двух температурных диапазонах: 250÷400 ºC и 500÷550 ºC и, соответственно, носит название отпускной хрупкости I и II рода (см. рис. ниже).

Первая характерна для углеродистых сталей, и избавиться от нее можно, снова нагрев деталь немного выше 400 ºC. Повторно она, как правило, не проявляется, но при этом у металла наблюдается некоторое снижение твердости. Отпускная хрупкость II рода может возникать у легированных сталей, которые после нагрева до указанного интервала подвергаются медленному охлаждению.

Для нейтрализации этой проблемы обычно повышают скорость охлаждения, при этом повторный нагрев изделия может снова вызвать возникновение такой хрупкости. Еще один способ, позволяющий избавиться от этого явления, — введение в состав сталей небольших количеств молибдена или вольфрама.

Для отпуска крупногабаритных деталей он предпочтительнее, т. к. большая скорость охлаждения может вызвать их деформацию и возникновение чрезмерных внутренних напряжений.

Закалка и отпуск стали

Целью закалки и отпуска стали является повышение твер­дости и прочности. Закалка и отпуск стали необходимы для очень многих деталей и изделий. Закалка основана на перекристаллиза­ции при нагреве и предотвращении перехода аустенита в перлит путем быстрого охлаждения. Закаленная сталь имеет неравновесную структуру мартенсита, троостита или сорбита.

Чаще всего сталь резко охлаждают на мартенсит. Для смягче­ния действия закалки сталь отпускают, нагревая до температуры ниже точки А1.

  • При отпуске структура стали из мартенсита закалки переходит мартенсит отпуска, троостит отпуска, сорбит отпуска.
  • Закалка стали.
  • Температура нагрева стали при закалке та же, что и при полном отжиге: для доэвтектоидной стали на 30—50 °С выше точкиАс3, для заэвтектоидной — на 30—50° выше точки
  • Aс1.
  • Ас1
  • Ac3
  • Ас3.

При нагреве доэвтектоидной стали до температуры между точ­ками и (неполная закалка) в структуре быстро охлажденной стали наряду с закаленными участками будет присутствовать нерастворенный при нагреве (в аустените) феррит, резко снижающий твердость и прочность. Поэтому для доэвтектоидной стали обяза­тельна полная закалка с нагревом выше точки В заэвтектоидной стали избыточной фазой является цементит, который по твердости не уступает мартенситу и даже превосходит его, поэтому сталь достаточно нагреть на 30—50 °С выше точки Ас1.

Ссылка на основную публикацию
Adblock
detector