Главная / Статьи / Отпускная хрупкость металла
Большая часть известных сортов стали обладают отпускной хрупкостью – особым состоянием сплава, характеризующимся невысоким значением ударной вязкости. При нормальных условиях это свойство не способно оказывать влияние на прочие механические свойства материала.
На схеме представлено наглядное изображение зависимости температуры отпуска от значений ударной вязкости закаленной стали, которая характеризуется повышенной склонностью к нахождению в состоянии отпускной хрупкости. Большинство подобных материалов обладают двумя интервалами отпускной хрупкости. В процессе отпуска в диапазоне от 250oC до 400oC фиксируется необратимая хрупкость, а в интервале от 450oC до 650oC – обратимая.
Корреляция отпускной температуры и ударной вязкости
На схеме, расположенной ниже, представлена зависимость влияния значений отпускной температуры на ударную вязкость материала, обладающим определенной склонностью к отпускной хрупкости.
- 1- Процесс охлаждения осуществляют с большой скоростью,
- 2- Процесс охлаждения проводят постепенно, с небольшой скоростью.
- Ударная вязкость различных типов стали по завершении отпуска в температурном интервале от 250oC до 400oC несколько ниже, чем во время отпуска при температурах меньших, чем 250oC.
- Если при нагревании хрупкой стали, отпущенной в интервале от 250oC до 400oC, до температуры, превышающей 400oC, перевести ее в вязкое состояние, то процесс вторичного отпуска в интервале 250oC – 400oC не повлияет на значение ударной вязкости.
Сталь, пребывающая в состоянии отпускной хрупкости, обладает свойственным межкристаллитным изломом, локализованном на бывших зерновых границах. Подобная хрупкость является характерной для всех сталей, но в различной степени. Именно по этой причине средний отпуск сталей не принято использовать на практике, однако именно этот показатель способен обеспечить большое значение предела текучести.
Причины явления
Одной из главных причин такого явления, как необратимая отпускная хрупкость, можно назвать карбидообразование. Под этим термином подразумевают процесс, который происходит при разложении мартенсита: формирование карбидной пленки на зерновых границах.
Эти пленки сами по себе исчезают в ходе нагревания до высокой температуры, при этом вторичный нагрев до 250oC до 400oC не приводит к их возникновению вновь.
Кремний, присутствующий в составе некоторых сталей, способствует ингибированию процесса разложения мартенсита.
Ударная вязкость большинства из типов закаленных сталей после высокого отпуска в диапазоне температур от 450oC до 650oC может варьироваться в зависимости от того, насколько быстро протекает процесс охлаждения.
При постепенном остывании с температуры отпуска значение ударной вязкости большинства типов закаленных сталей становится ниже, по сравнению с тем значением, которое наблюдается по завершении быстрого охлаждения.
Появление отпускной хрупкости, наблюдаемой по причине медленного охлаждения при высоком отпуске, ликвидируется путем повторения высокого отпуска, однако, прибегая уже к скоростному охлаждению. Сократить ударную вязкость материала можно и повторно, при осуществлении очередного высокого отпуска, при этом скорость охлаждения должна быть несколько ниже, чем на предшествующей стадии.
Элементы, входящие в состав стали, играют значительную роль в степени восприимчивости материала к отпускной хрупкости. Последней благоприятствуют некоторые элементы, в число которых входят фосфор, марганец, воздействие хрома несколько слабее.
Хромсодержащая сталь, не имеющая в своем составе прочих добавок, является маловосприимчивой к отпускной хрупкости. Добавление к материалу марганца, никеля или кремния способствует резкому увеличению ее восприимчивости к отпускной хрупкости.
В частности, никель не способен самостоятельно вызывать отпускную хрупкость, однако, действуя в тандеме с хромом или марганцем, способствуют возникновению данного явления.
Добавки молибдена, вольфрама способствуют уменьшению склонности материала к проявлению отпускной хрупкости. Наибольшей эффективностью обладает именно молибден, даже в небольших количествах (около 0.2% по массе).
Теория «растворения-выделения»
Поскольку при создании конструкционных сталей прибегают к серьезным улучшениям, то обратимая отпускная хрупкость представляет собой довольно большую трудность, возникающей на пути у производителя. О причинах возникновения явления обратимой хрупкости существует целый ряд всевозможных теорий на данный счет.
Довольно долго огромное количество ученых следовало предположению о «растворении — выделении».
Согласно этой теории, ударная вязкость сокращается вследствие возникновения по зерновым границам каких-либо посторонних фаз, в число которых входят фосфиды, карбиды и прочие химические соединения.
После нагрева материала до температуры, соответствующей высокому отпуску, данные фазы начинают медленный переход в раствор, а постепенное охлаждение способствует выделению их из него, в результате чего сталь теряет свои прочностные характеристики.
Быстрое охлаждение материала с температуры отпуска позволяет предотвратить формирование новых фаз, способствующих уменьшению хрупкой прочности. Кроме того, теория «растворения — выделения» может объяснить и обратимый характер, который носит отпускная хрупкость.
Взаимодействие стали с некоторыми веществам ведет к растравливанию зерновых границ в структуре материала, которые пребывают в состоянии обратимой отпускной хрупкости. Невысокая устойчивость к некоторым химическим веществам этих самых зон является подтверждением того факта, что постепенное охлаждение от температуры высокого отпуска приводит к возникновению различных структурных изменений.
В частности, фиксируется сокращение ударной вязкости, однако значение иных механических характеристик, которые измеряются в условиях комнатной температуры, остается без изменений.
Подобные наблюдения могут быть объяснены тем, что ударная вязкость представляет собой характеристику, сильно зависящую от структуры материала, являющейся очень чувствительной к тому состоянию, в котором находятся границы зерен.
По мнению Л. М. Утевского, обратимая отпускная хрупкость сплавов обусловлена не образованием новых видов фаз, а изменением химического состава раствора, присутствующего в зонах рядом с зерновыми границами. Например, заполнение вышеупомянутых зон фосфором стимулирует снижение работы формирования расколов между зернами, что становится результатом развития отпускной хрупкости.
- Конструкционная сталь
- Инструментальная сталь
- Магнитная сталь
Отпускная хрупкость
Резкое понижение ударной вязкости при некоторых условиях отпуска. Исходя из сущности отпуска, следовало бы сделать вывод о том, что с повышением температуры отпуска должна повышаться величина ударной вязкости. Однако, как показывает практика, в интервалах температур 250-350 °С и 500-600 °С ударная вязкость внезапно падает. Это явление получило название отпускной хрупкости.  Различают два вида отпускной хрупкости:
|
Понравился материал на сайте sl3d.ru? Поделитесь им!
Помощь проекту «Машиностроение. Толковый словарь терминов»
Если Вам не безразлично будущее сайта, и Вы чувствуете необходимость продолжения начатой нами работы, мы с благодарностью примем от Вас добровольные пожертвования. Размер и количество взносов — на Ваше усмотрение. Все собранные средства пойдут на развитие проекта. Мы будем благодарны за любое пожертвование!
Отпускная хрупкость
Отпускная хрупкость присуща многим сталям. Сталь в состоянии отпускной хрупкости характеризуется низкой ударной вязкостью. На других механических свойствах при комнатной температуре состояние отпускной хрупкости практически не сказывается.
На рисунке схематично показано влияние температуры отпуска на ударную вязкость легированной стали, в сильной степени склонной к отпускной хрупкости. Во многих легированных сталях наблюдаются два температурных интервала отпускной хрупкости. При отпуске в интервале 250 — 400 °С возникает необратимая, а в интервале 450 — 650 °С — обратимая отпускная хрупкость.
- Влияние температуры отпуска на ударную вязкость стали
- Влияние температуры отпуска на ударную вязкость стали с высокой склонностью к отпускной хрупкости (схема):
- 1 — быстрое охлаждение в воде или масле;
2 — медленное охлаждение на воздухе или с печью.
Ударная вязкость закаленной стали после отпуска в интервале 250 — 400 °С меньше, чем после отпуска при температурах ниже 250 °С.
Если хрупкую сталь, отпущенную при 250 — 400 °С, нагреть выше 400 °С и перевести в вязкое состояние, то повторный отпуск в интервале 250 — 400 °С не возвращает сталь в хрупкое состояние.
Скорость охлаждения с температур отпуска в интервале 250 — 400 °С не влияет на ударную вязкость.
Сталь в состоянии необратимой отпускной хрупкости имеет блестящий межкристаллитный излом по границам бывших аустенитных зерен. Эта хрупкость свойственна в той или иной мере всем сталям, в том числе и углеродистым. Поэтому средний отпуск стали, как правило, не используют, хотя он и обеспечивает высокий предел текучести.
Причиной необратимой отпускной хрупкости считают карбидообразование при распаде мартенсита, в частности выделение карбида в виде пленки по границам зерен. Эта пленка при более высоких температурах отпуска исчезает, а при повторном нагреве до 250 — 400 °С не восстанавливается. Кремний в малолегированных сталях, задерживая распад мартенсита, устраняет необратимую отпускную хрупкость.
Ударная вязкость многих сортов легированной стали после высокого отпуска при 450 — 650 °С зависит от скорости охлаждения с температуры отпуска. При быстром охлаждении с температуры высокого отпуска (в воде или масле) повышение температуры отпуска в интервале 450 — 650 °С приводит к нормальному росту ударной вязкости (какой наблюдается у углеродистой стали при любой скорости охлаждения).
После медленного охлаждения с температуры отпуска в интервале 450 — 650 °С (с печью или на воздухе) ударная вязкость многих сортов легированной стали оказывается более низкой, чем после быстрого охлаждения. Сталь в состоянии обратимой хрупкости имеет межкристаллитный излом по границам исходных аустенитных зерен.
Отпускную хрупкость, возникшую из-за медленного охлаждения при высоком отпуске, можно устранить повторным высоким отпуском, но с быстрым охлаждением.
Ударную вязкость можно вновь снизить, проведя новый высокий отпуск с медленным охлаждением.
Вследствие чередования повышения и понижения ударной вязкости при повторных нагревах с разной скоростью охлаждения отпускная хрупкость, возникающая после отпуска в интервале 450 — 650 °С, называется обратимой.
На восприимчивость стали к отпускной хрупкости большое влияние оказывает химический состав. Углеродистая сталь во время испытаний на ударный изгиб при комнатной температуре нечувствительна к скорости охлаждения после высокого отпуска. Фосфор, сурьма, мышьяк и марганец наиболее активно вызывают отпускную хрупкость, а хром действует слабее.
Хромистые стали без других добавок маловосприимчивы к отпускной хрупкости. Введение в хромистую сталь добавок марганца, кремния и никеля резко повышает ее восприимчивость к отпускной хрупкости.
Один никель не вызывает отпускной хрупкости, но при совместном присутствии в стали никеля и хрома или никеля и марганца отпускная хрупкость выражена особенно сильно.
Молибден и вольфрам уменьшают склонность стали к отпускной хрупкости.
Особенно эффективен в этом отношении молибден, полезное действие которого проявляется уже при концентрации его 0,2%.
Так как конструкционные стали для ответственных изделий подвергают улучшению, то обратимая отпускная хрупкость является серьезной проблемой. О причинах обратимой хрупкости сушествуют различные мнения.
Длительное время большая часть исследователей придерживалась гипотезы «растворения — выделения», согласно которой ударная вязкость падает из-за выделения по границам зерен каких-то фаз (карбидов, фосфидов или др.). При нагревании стали до температуры высокого отпуска эти фазы переходят в α-раствор, а при медленном охлаждении они выделяются из него и сталь становится хрупкой.
Быстрое охлаждение с температуры высокого отпуска предотвращает выделение фаз, понижающих хрупкую прочность. Гипотеза «растворения — выделения» объясняет обратимость отпускной хрупкости.
Применение специальных реактивов приводит к растравливанию границ исходного аустенитного зерна в стали, находящейся в состоянии обратимой отпускной хрупкости. Пониженная химическая стойкость границ зерен в хрупкой стали подтверждает, что при медленном охлаждении с температуры высокого отпуска действительно на границах зерен происходят какие-то структурные изменения.
Они вызывают снижение ударной вязкости, но практически не сказываются на других механических характеристиках, измеряемых при комнатной температуре.
Объясняется это тем, что ударная вязкость — в высшей степени структурно чувствительное свойство, особенно чувствительное к состоянию границ зерен.
Л. М. Утевский утверждает, что обратимая отпускная хрупкость обусловлена не выделением новой фазы, а лишь изменением состава раствора вблизи границ зерен.
Так, обогащение приграничных зол фосфором, снижающим работу образования межзеренных трещин, приводит к развитию отпускной хрупкости.
Практические меры борьбы с обратимой отпускной хрупкостью — быстрое охлаждение с температуры отпуска (в воде или масле) и легирование стали молибденом или вольфрамом.
«Теория термической обработки металлов»,
И.И.Новиков
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 (рис. 41).
Рис. 41 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 неравномерностью превращения оппущенного мартенсита. 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.
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.
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.
Превращение мартенсита в феррито-цементитную смесь. Структура и свойства продуктов превращения мартенсита (дилатометрическая кривая отпуска).
Имеет место при нагреве закаленных сталей. Превращение связано с диффузией углерода.
Мартенсит закалки неравновесная структура, сохраняющаяся при низких температурах. Для получения равновесной структуры изделия подвергают отпуску.
При нагреве закаленной стали происходят следующие процессы.
При нагреве до 200oС происходит перераспределение углерода в мартенсите. Образуются пластинки — карбидов толщиной несколько атомных диаметров.
На образование карбидов углерод расходуется только из участков мартенсита, окружающих кристаллы выделившихся карбидов. Концентрация углерода на этих участках резко падает, тогда как удаленные участки сохраняют концентрацию углерода.
В стали присутсвуют карбиды и два -твердых раствора мартенсита (с высокой и низкой концентрацией углерода. Такой тип распада мартенсита называется прерывистым. Скорость диффузии мала, карбиды не увеличиваются, распад мартенсита сопровождается зарождением новых карбидных частиц.
Таким образом имеем структуру с неравномерным распределением углерода — это мартенсит отпуска. При этом несколько снижается тетрагональность решетки.
При нагреве до 300oС идет рост образовавшихся карбидов. Карбиды выделяются из мартенсита и он обедняется углеродом. Диффузия углерода увеличивается и карбиды растут в результате притока углерода из областей твердого раствора с высокой его концентрацией. Кристаллическая решетка карбидов когерентно связана с решеткой мартенсита.
В высокоуглеродистых сталях аустенит остаточный превращается в мартенсит отпуска. Наблюдается снижение тетрагональности решетки и внутренних напряжений. Структура — мартенсит отпуска:
При нагреве до 400oС весь избыточный углерод выделяется из . Карбидные частицы полностью обособляются, приобретают строение цементита, и начинают расти. Форма карбидных частиц приближается к сферической.
Высокодисперсная смесь феррита и цементита называется троостит отпуска;
При нагреве выше 400oС изменение фазового состава не происходит, изменяется только микроструктура. Имеет место рост и сфероидизация цементита. Наблюдается растворение мелких и рост крупных карбидных частиц.
При температуре 550…600oС имеем сорбит отпуска. Карбиды имеют зернистое строение. Улучшаются свойства стали.
При температуре 650…700oС получают более грубую ферритно — цементитную смесь — перлит отпуска (зернистый перлит).
ПОИСК
Отпускная хрупкость I рода проявляется при отпуске около 300°С у всех сталей, независимо от их состава и скорости охлаждения после отпуска.
[c.374]
Каковы возможные причины отпускной хрупкости I рода [c.374]
Не все стали склонны к отпускной хрупкости II рода. Она не появляется у углеродистых сталей.
Склонность к отпускной хрупкости возникает при легировании стали карбидообразующими элементами (марганца, хрома) при наличии в ней более 0,001% Р- Хром делает сталь особо чувствительной к условиям охлаждения при отпуске, особенно если, кроме хрома, сталь содержит еще никель или в повышенном количестве марганец. Если марганец и фосфор усиливают эту чувствительность, то молибден и в меньшей степени вольфрам уменьшают ее.
[c.374]
Поэтому отпускную хрупкость II рода называют иногда обратимой отпускной хрупкостью в отличие от отпускной хрупкости I рода, именуемой необратимой.
[c.374]
Какова природа отпускной хрупкости П рода [c.375]
Из сказанного следует, что во избежание охрупчивания нужно избегать интервала температур отпускной хрупкости первого рода (300—400°С). Для сталей, склонных к отпускной хрупкости второго рода, следует предусматривать быстрое охлаждение после отпуска.
Эти стали не должны в работе нагреваться до высоких температур (500—600°С), так как это может также повести к охрупчиванию.
В тех случаях, когда после отпуска нельзя создать быстрое охлаждение (например, для очень крупных деталей), следует применять стали, легированные молибденом, замедляющим развитие отпускной хрупкости второго рода.
[c.376]
Применение чистых сталей по фосфору в первую очередь, а также по примесям внедрения (кислорода, азота, водорода) и цветным металлам (олова и др.) еще более эффективное средство, чем дополнительное легирование молибденом или вольфрамом для устранения склонности к отпускной хрупкости второго рода.
[c.376]
Первый вид отпускной хрупкости, называемый н е о б ) а т и м о й отпускной хрупкостью 1 рода, наблюдается в результате отпуска при 250— 400 «С. Отличительной особенностью хрупкости I рода является ее необратимый характер хрупкость этого вида устраняется нагревом до температуры >400 С, а последующий нагрев при 250—400 Т уже не снижает ударной вязкости.
[c.189]
Первый вид отпускной хрупкости, называемой необратимой отпускной хрупкостью, или хрупкостью I рода, наблюдается в результате отпуска при 250—400 °С. Этот вид хрупкости присущ в той или другой мере всем сталям.
Отличительной особенностью хрупкости I рода является ее необратимый характер повторный отпуск при той же температуре не улучшает вязкости. Хрупкость этого вида устраняется нагревом до температуры свыше 400 °С, снижающим, однако, твердость.
Последующий нагрев при 250— 400 °С не снижает ударную вязкость.
[c.188]
Второй вид отпускной хрупкости, называемой обратимой отпускной хрупкостью, или хрупкостью II рода, наблюдается в некоторых сталях определенной легированности, если они медленно охлаждаются (в печи или даже на воздухе) после отпуска при 500—550 °С.
При развитии хрупкости II рода происходит сильное уменьшение ударной вязкости и, что самое главное, повышение порога хладноломкости. В стали в состоянии хрупкости II рода уменьшаются работа зарождения трещины и особенно ее распространение.
Этот вид хрупкости не возникает, если охлаждение с температуры отпуска проводят быстро, например в воде (см. рис. 128, б). При быстром охлаждении с температур отпуска 500—550 °С излом — волокнистый, характерный для вязкого состояния.
После медленного охлаждения получается хрупкий кристаллический излом.
[c.189]
Хрупкость II рода наиболее часто наблюдается в сталях, содержащих повышенное количество фосфора, марганца, кремния, хрома или же при одновременном введении в сталь хрома и никеля или марганца. Введение в сталь молибдена или вольфрама в небольшом количестве (0,2—0,4 % Мо или 0,5—0,7 % Ш) значительно уменьшает склонность ее к отпускной хрупкости.
[c.189]
Появление хрупкости II рода наиболее вероятно связано с диффузией растворенных атомов некоторых элементов к границе зерна и насыщением поверхностных слоев зерна этими элементами без выделения избыточных мелкодисперсных фаз (карбидов, фосфидов и т. д.).
Особенно значительное влияние оказывает обогащение пограничных зон фосфором, снижающим работу образования межзеренных трещин, что приводит к развитию отпускной хрупкости.
Легирующие элементы хром, марганец, никель повышают содержание фосфора в приграничных объемах, а молибден и вольфрам, наоборот, снижают, уменьшая склонность к отпускной хрупкости.
[c.189]
Отпускной хрупкостью называют охрупчивание стали при некоторых условиях отпуска. Различают два рода отпускной хрупкости, что соответствует двум минимумам ударной вязкости на ее зависимости от температуры отпуска (рис. 7.8) для отпуска при 300 °С и при -550 °С.
Отпускная хрупкость I рода проявляется при отпуске около 300 °С и вызывается неравномерностью распада мартенсита по объему и границам зерен.
Менее прочные приграничные слои зерен, претерпевающие почти полный распад на феррит-но-цементитную смесь, играют роль концентраторов напряжений, что в конечном итоге вызывает хрупкое разрушение.
[c.162]
Отпускная хрупкость. При отпускной хрупкости наблюдается снижение ударной вязкости, происходящее несмотря на уменьшение твердости. Различают две разновидности отпускной хрупкости (фиг. 191) отпускная хрупкость первого рода (необратимая), образующаяся при 280—350° С, которая не зависит от скорости их охлаждения после отпуска отпускная хрупкость второго рода
[c.317]
Отпускная хрупкость первого рода вызывается неоднородностью превращения мартенсита при его отпуске.
Благодаря сосредоточению на границах зерен всевозможных дефектов — дислокаций, вакансий, промежуточных атоМов и пр. — превращение там мартенсита происходит наиболее полно.
В результате границы зерен упрочняются сильнее и служат концентраторами напряжений, вызывающими отпускную хрупкость первого рода.
[c.318]
При повышении температуры отпуска или его продолжительности превращение мартенсита, начавшееся на границах зерен, распространяется по самим зернам. В результате структура выравнивается, действие концентраторов напряжений и явление отпускной хрупкости первого рода устраняются. Повторный отпуск при 280—350° С уже не вызывает отпускной хрупкости.
[c.318]
Ко второй группе относятся стали, легированные хромом ЗОХ, 40Х, 50Х. Для них критический диаметр составляет D p= 15-20 мм. Эти стали характеризуются отпускной хрупкостью второго рода. Поэтому они нуждаются в быстром охлаждении после отпуска.
[c.162]
Отпускная хрупкость у хромистых сталей, особенно в массивных деталях, может появиться в результате сварки поэтому такого рода детали рекомендуется. подвергать несколько повышенному отпуску — при 600° С.
Опыт эксплуатации показывает, что отпускная хрупкость у хромистых сталей с содержанием ]>16% Сг была причиной неоднократного разрушения изделий после длительной работы при 350—565 С.
[c.
49]
Конструкционные стали, подвергаемые закалке и отпуску, имеют склонность к отпускной хрупкости После отпуска при определенных температурах и условиях наблюдается повышение температуры вязко хрупкого пере хода (рис 64) На многих сталях охрупчивание наблюда ется и по снижению ударной вязкости (рис 65) Однако изменение температуры перехода является более надеж ным критерием склонности стали к отпускной хрупкости Различают два рода отпускной хрупкости (рис 65) От
[c.117]
Отпускная хрупкость I н II рода 117— 120
[c.405]
Отпускная хрупкость II рода обнаруживается после отпуска выше 500°С. Характерная особенность хрупкости этого вида. заключается в том, что она проявляется в результате медленного о.
хлаждения после отпуска при быстром охлаждении вязкость не уменьшается, а монотонно возрастает с поиыше-нием температуры отпуска (как показывает верхняя кривая, приведенная на рис. 293).
Однако отпускная хрупкость II рода снова может быть вызвана новым высоким отпуском с последующим замедленным охлаждением .
[c.374]
Выдвинуто объяснение явления отпускной хрупкости II рода Л. М. Утсв- ским), которое вкратце сводится к следующему.
[c.375]
Благоприятное влияние небольших добавок молибдена (до 0,5—0,6%), тормозящих и даже иногда устраняющих отпускную хрупкость II рода, объясняется тем, что молибден слабо участвует в образовании легированною цементита (Fe, Мо)зС и при таких содержаниях не образует специальных карбидов.
Поэтому обеднения приграничных участков зерен молибденом не происходит. Присутствие же молибдена в растворе уменьшает разницу в диффузионной подвижности атомов по границам н в об1>еме з(. рна и тем самым ослабляет возникновение неоднородности по другим карбидообразующим элементам.
Вместе с тем молибден устрапж т вредное влияние фосфора по границам зерен.
[c.376]
Легирование другими элементами хромистой стали также повышает прокаливаемость. Для сечений диаметром 20—40 мм, кроме стали 40ХР, можно применять стали других марок из И1 группы. Стали этой группы дополнительно легированы марганцем, молибденом, кремнием, титаном.
Все перечисленные элементы углубляют прокаливаемость и все, кроме молибдена, уменьшают запас вязкости. В этой группе выделяется по вязкости сталь ЗОХМ.
Хотя прокаливаемость у нее не на много выше, чем у стали 40Х, но порог хладноломкости ниже кроме того, сталь ЗОХМ нечувствительна (как и другие молибденовые стали) к отпускной хрупкости II рода.
[c.386]
Для сечений диаметром >70 мм при необходимости иметь скнозное улучшение следует применять стали с 2—3% Ni. Наиболее распространеЕ1ные марки сталей такого типа приведены в группе V. Применение достаточно распро-страиенных ранее чисто хромоникелевых сталей, например ЗОХНЗ, нецелесообразно.
Эти стали характеризуются высокой склонностью к отпускной хрупкости II рода. Поэтому для изделий крупных размеров, подвергающихся динамическим нагрузкам, целесообразно применять Сг—Ni—Мо или Сг—Mi—Мо—V стали.
Естественно, что высокое содержание никеля в этих сталях снижает порог хладноломкости до более низких температур, чем у других сталей,
[c.388]
Второй вид отпускной хрупкости, называемый обратимой отпускной хрупкостью или хрупкостью и рода, наблюдается в некоторых сталях определенной легированности, если они медленно охлаждаются (в печи пли даже на воздухе) после отпуска при температурах 500—550 «С или более высоких, т. е.
они медленно проходили интервал температур 500—550 °С, или если их слишком долго выдерживают при 500—550 °С. При развитии отпускной хрупкости происходит сильное уменьшение ударной 1 Язкости и, что самое главное, повышение порога хладноломкости.
В стали в состоянии отпускной хрупкости уменьшается работа зарождения трещины и особенно ее распространения. Этот вид хрупкости несколько подавляется, если охлаждение с температуры отпуска проводят быстро (Б. о), например в воде (рис, 122, в).
При быстром охлаждении с температур отпуска 500—650 °С можно получить волокнистый, характерный для вязкого состояния излом. После медленного охлаждения получается хрупкий кристаллический излом,
[c.189]
Появление хрупкости II рода наиболее вероятно связано с сегрегацией атомов некоторых элементов (главным образом, фосфора) на [ рапицах зерен, и обогащением поверхностных слоев зерна этими. элемента.
ми без выделении избыточных мелкодисперсных фаз (карбидов, фосфидов и т. д.). Обогащение пограничных зон фосфором, снижающим работу образования межзереныых трещин, приводит к развитию отпускной хрупкости.
Чем чище сталь от примесей, тем меньше ее склонность к отпускной хрупкости.
[c.190]
Сталь 5ХВ2С, легированная W, сохраняет при нагреве для закалки мелкое зерно, имеет большую вязкость и ыенее чувствительна к отпускной хрупкости 1 рода. Сталь применяют Для инструментов, особенно длинных, работающих при повышенных нагрузках. Механические свойства показаны на фиг. 12.
[c.90]
Отпускная хрупкость II рода проявляется лишь в результате медленного охлаждения после отпуска при температурах выше 500 °С. При быстром охлаждении вязкость не уменьшается, а, наоборот, возрастает с повышением температуры отпуска. Поэтому отпускную хрупкость II рода иногда называют обратимой в отличие от отпускной хрупкости I рода, именуемой необратимой.
Отпускная хрупкость II рода вызвана активным карбидообразова-нием по границам зерен, обеднением в связи с этим приграничных районов легирующими элементами (хромом, марганцем) и диффузией сюда фосфора. В результате происходит охрупчивание стали из-за ослабления прочности межзеренных сцеплений. При быстром охлаждения фосфор не успевает диффундировать из объема зерен к границам.
[c.162]
Отпускная хрупкость второго рода вызывается не превращением мартенсита и аустени-та, а диффузионными процессами перемещениями атомов легирующих элементов, углерода и азота в кристаллической решетке твердого раствора к дислокациям и другим дефектам решетки, большая часть которых сосредоточена по границам зерна и блоков. Это понижает свободную энергию решетки, так как, занимая места в растянутых или сжатых участках решетки в зависимости от своего диаметра, атомы примесей занимают термодинамически более выгодное положение. Такое расположение атомов примесей тормозит перемещение дислокаций, препятствует пластической деформации на границах зерен и блоков и создает отпускную хрупкость второго рода при разрушении по границам зерен. Обратимость этой хрупкости объясняется тем, что при повторных нагревах примеси благодаря диффузии могут снова пepepa пpeдeJ ять я в кристаллической решетке. При
[c.318]
При отпуске ряда легированных сталей в интервалах температур 250-400 °С и 500-550 °С происходит снижение ударной вязкости. Это явление называется отпускной хрупкостью. Различают два вида отпускной хрупкости. Отпускную хрупкость I рода (необратимую отпускную хрупкость) вызывает отпуск при 250-400 °С.
Она в той или иной степени характерна для всех сталей как углеродистых, так и легированных. Хрупкость I рода носит необратимый характер, т.е. повторный отпуск при той же температуре не повышает вязкости. При повышении температуры отпуска или увеличении продолжительности нагрева отпускная хрупкость I рода исчезает.
Отпускную хрупкость IIрода (обратимую отпускную хрупкость) вызывает медленное охлаждение после отпуска при 500-550 °С. Она характерна для легированных сталей, особенно содержащих повышенное количество марганца, кремния и хрома. Хрупкость И рода обратима, т.е. при повторном отпуске и быстром охлаждении она устраняется.
[c.133]
Четвертая группа представлена хромоникелевыми сталями, содержаш ими около 1 % никеля 40ХН, 45ХН и др. Их критический диаметр =30-40 мм. Благодаря присутствию никеля эти стали обладают большей вязкостью и меньшей склонностью к хрупкому разрушению. Для снижения отпускной хрупкости второго рода дополнительно легируются молибденом (40ХНМ).
[c.162]
-
Необратимая отпускная хрупкость (I рода) присуш,а практически всем сталям, углеродистым и легированным, после отпуска в области температур 250—400 °С Повтор ный отпуск при более высокой температуре (400—500°С)
[c.117] -
Легирующие элементы, за исключением кремния, не влияют существенно на развитие хрупкости I рода Крем ний сдвигает интервал развития хрупкости в область более высоких температур отпуска (350—450 °С) Высокотемпе ратурная термомеханическая обработка (ВТМО) уменьша ет склонность к отпускной хрупкости (см рис 65) На практике для исключения охрупчивания стали избегают проведения отпуска в области опасных температур
[c.118] -
Обратимая отпускная хрупкость (II рода) в наибольшей степени присуща легированным сталям после высоко го отпуска при 500—650 °С и медленного охлаждения от температур отпуска При быстром охлаждении после отпуска (в воде) вязкость не уменьшается, а монотонно возрастает с повышением температуры отпуска Отпускная хрупкость усиливается, если сталь длительное время (8— 10 ч) выдерживается в опасном интервале температур Отпускная хрупкость II рода может быть устранена по вторным высоким отпуском с быстрым охлаждением и вы звана вновь высоким отпуском с последующим медленным охлаждением Поэтому такую отпускную хрупкость называют обратимой Развитие обратимой отпускной хруп кости не сопровождается какими либо изменениями других механических свойств, а также видимыми при световой и электронной микроскопии структурными изменениями Лишь при травлении шлифов поверхностно активными ре активами наблюдается повышенная травимость по границам аустенистных зерен По этим границам происходит и межзеренное хрупкое разрушение
[c.118]
Отпускная хрупкость I рода (необратимая) наблюдается при отпуске как легированных, так и углеродистых сталей при температуре ойоло 300 °С (в диапазоне 250-400 °С).
[c.450]
Отпуск стали — режимы, виды, температура отпуска и свойства стали после процесса
Отпуск стали – это процесс нагрева стали до определенной температуры и последующее охлаждение изделия. Процесс осуществляется для ликвидация внутренних напряжений, отрицательно влияющих на технические параметры металлоизделий.
Отпуск стали –это чаще всего финальная термическая обработка после закалки, представляющая собой процесс нагрева полуфабрикатов и изделий до определенной температуры с последующим охлаждением. Ее основное назначение – ликвидация внутренних напряжений, отрицательно влияющих на технические параметры металлоизделий.
Общее описание процесса
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.
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.
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.
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.
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%.
Загрузка...
