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.
Содержание
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
Низкий отпуск сталей
Низкий отпуск стали делают при температуре до 250°С. При этом процессе из мартенсита выделяется часть избыточного углерода с образованием мельчайших карбидных частиц (ε-карбидов). ε-карбиды выделяются в виде пластин или стержней и они когерентно связаны с решеткой мартенсита.
Распад остаточного аустенита при низком отпуске происходит по механизму бейнитного превращения: образуется гетерогенная смесь кристаллов низкоуглеродистого мартенсита и дисперсных карбидов.
Продуктом низкого отпуска является мартенсит отпуска, который отличается от мартенсита закалки меньшей концентрацией углерода и наличием в нем карбидов (ε-карбидов), которые когерентно связаны с решеткой мартенсита.
При температуре около 250°С начинается превращение карбида в цементит; при этом когерентность решеток α-твердого раствора мартенсита и карбидов нарушается.
Низкому отпуску подвергают инструментальные железоуглеродистые материалы (режущий и мерительный инструмент), а также стали, которые подвергались цементации, нитроцементации. Часто низкий отпуск делают для сталей после термообработки токами высокой частоты.
Средний отпуск
Средний отпуск проводится при температурах 350–400 °С. При этом из мартенсита выделяется весь избыточный углерод с образованием цементитных частиц. Тетрагональность (степень тетрагональности) решетки железа уменьшается, она становится кубической.
В результате вместо мартенсита остается феррит. Такая феррито-цементитная смесь называется трооститом отпуска, а процесс, приводящий к таким изменениям, среднетемпературным отпуском.
При среднем отпуске снижается плотность дислокаций и уменьшаются внутренние напряжения в стали.
Средний отпуск применяется при термообработке упругих деталей: рессор, пружин и др.
Высокий отпуск
Во время высокого отпуск (450-550°С и выше) в углеродистых сталях происходят изменения структуры, не связанные с фазовыми превращениями: изменяются форма, размер карбидов и структура феррита. С повышением температуры происходит коагуляция – укрупнение частиц цементита. Форма кристаллов постепенно становится сферической – этот процесс называется сфероидизацией.
Коагуляция и сфероидизация карбидов начинают происходить более интенсивно с температуры 400°С. Зерна феррита становятся крупными, и их форма приближается к равноосной. Феррито-карбидная смесь, которая образуется после отпуска при температуре 400–600 °С, называется сорбитом отпуска. При температуре, близкой к точке А1, образуется достаточно грубая феррито-цементитная смесь – перлит.
Высокий отпуск с температур 450-550°С применяется для большинства конструкционных сталей. Его широко используют при термообработке различных втулок, опор, крепежных изделий, работающих на растяжение-сжатие и других изделий, которые испытывают статические нагрузки.
Явление отпускной хрупкости
При отпуске некоторых сталей возможно протекание процессов, которые снижают ударную вязкость стали не меняя остальные механические свойства. Такое явление называется отпускной хрупкостью и наблюдается в температурных интервалах отпуска при 250–400ºС и 500–550ºС.
Первый вид хрупкости называется отпускной хрупкостью Ι рода и является необратимым, поэтому стоит избегать отпуска сталей при этих температурах. Данный вид присущ практически всем сталям, легированным хромом, магнием, никелем и их сочетанием, и обусловлен неоднородным выделением карбидов из мартенсита.
Второй вид отпускной хрупкости — отпускная хрупкость ΙΙ-го рода является обратимым. Отпускная хрупкость ΙΙ-го рода проявляется при медленном охлаждении легированной стали при температуре 500–550°С. Данная хрупкость может быть устранена повторным отпуском с большой скоростью охлаждения (в воде или масле).
В этом случае устраняется причина этой хрупкости – выделение карбидов, нитридов, фосфидов по границам бывших аустенитных зерен. Устранение отпускной хрупкости легированных сталей возможно введением в них малых добавок молибдена (0,2–0,3 %) или вольфрама (0,5–0,7 %).
Графически эти виды хрупкости выглядят, как показано на рисунке.
Проявление отпускной хрупкости в сталях при отпуске
Практически все стали подчиняются закону: повышение температуры отпуска — снижение прочностных характеристик и повышение пластических, как показано на рисунке ниже.
Влияние температуры отпуска на механические свойства стали
Такая закономерность не касается быстрорежущих инструментальных легированных карбидообразующими элементами сталей.
Отпуск быстрорежущих инструментальных сталей
Основными легирующими элементами быстрорежущих сталей (Р18, Р6М5 и др.) являются вольфрам, молибден, кобальт и ванадий — элементы, обеспечивающие теплостойкость и износостойкость при эксплуатации. Быстрорежущие стали относятся к карбидному (ледебуритному) классу. Под закалку эти стали нагревают до температуры выше 1200°С (Р18 до температуры 1270°С, Р6М5 — до 1220°С).
Высокие температуры закалки необходимы для более полного растворения вторичных карбидов и получения аустенита высоколегированного хромом, молибденом, вольфрамом, ванадием. Это обеспечивает получение после закалки теплостойкого мартенсита. Даже при очень высоком нагреве растворяется только часть карбидов.
Для этих сталей характерно сохранение мелкого зерна при высоких температурах нагрева.
Железо и легирующие элементы «быстрорезов» имеют сильно отличающиеся свойства теплопроводности, поэтому при нагреве, для избежания трещин, следует делать температурные остановки. Обычно при 800 и 1050°С. При нагреве крупного инструмента первую выдержку делают при 600°С. Время выдержки составляет 5-20 мин.
Выдержка при температуре закалки должна обеспечить растворение карбидов в пределе их возможной растворимости. Охлаждение инструмента чаще всего делают в масле. Для уменьшения деформации применяют ступенчатую закалку в расплавах солей с температурой 400-500°С.
Структура «быстрорезов» после закалки состоит из высоколегированного мартенсита, содержащего 0,3-0,4%С, нерастворенных избыточных карбидов и остаточного аустенита. Чем выше температура закалки, тем ниже положение точек Мн, Мк и тем больше остаточного аустенита.
В стали Р18 присутствует примерно 25-30% остаточного аустенита, в стали Р6М5 — 28-34%. Для уменьшения аустенита можно сделать обработку холодом, но как правило этого не требуется.
После закалки следует отпуск при 550 — 570°С, вызывающий превращение остаточного аустенита в мартенсит и дисперсионное твердение за счет частичного распада мартенсита и выделения дисперсных карбидов легирующих элементов. Это сопровождается увеличением твердости (вторичная твердость).
В процессе выдержки при отпуске из остаточного аустенита выделяются карбиды, что уменьшает его легированность, и поэтому при последующем охлаждении он претерпевает мартенситное превращение (Мн~150°С). В процессе однократного отпуска только часть остаточного аустенита превращается в мартенсит. Чтобы весь аустенит перешел в мартенсит применяют двух и трехкратный отпуск.
Время выдержки обычно составляет 60 минут.
При назначении режима нужно учитывать химические свойства элементов и периодичность выделения карбидов в зависимости от температуры. Например максимальная твердость стали Р6М5 получается за счет 3-х стадийного отпуска. Первый отпуск при температуре 350°С, последующие два при температуре 560-570°С.
При температуре 350°С выделяются частицы цементита, равномерно распределенные в стали. Это способствует однородному выделению и распределению спецкарбидов М6С при температуре 560-570°С.
ПОИСК
| Фиг. 138. Структура стали после отпуска |  |
| Фиг. 139, Структуры стали после отпуска при 700° (X 500). |  |
Отпуск — с нагревом до 550…580° С. Для предупреждения отпускной хрупкости вал после отпуска следует охлаждать в масле или в воде. Структура стали после отпуска — сорбит.
[c.176]
СТРУКТУРА СТАЛИ ПОСЛЕ ОТПУСКА
[c.276]
Коагуляция карбидов при отпуске происходит в результате растворения более мелких и роста более крупных частиц цементита при одновременном обеднении углеродом а-твердого раствора. Структуру стали после высокого отпуска называют сорбитом отпуска.
[c.187]
Структура стали после промежуточного превращения состоит из мартенситной а-фазы, пересыщенной С остаточного аустенита с концентрацией С, отличающейся от средней и цементитных частиц, выделившихся из аустенита и образовавшихся вследствие отпуска а-фазы. Помимо продуктов промежуточного превращения, в структуре стали могут быть перлит и мартенсит.
[c.106]
При глубоком травлении закаленных сталей выявляется особенно плотная и гладкая картина. От нее отличается картина глубокого травления улучшенных сталей. Влияние отпуска становится заметным в интервале температур от 150 до 400° С. Повышение температуры отпуска до 650° С не приводит к дальнейшим изменениям.
Выявленная глубоким травлением структура стали после неполного отжига выглядит более грубой. Если глубоким травлением закаленной стали выявлены трещины, то трудно установить, вызвано ли их появление обработкой горячими кислотами или они являются закалочными трещинами. Даже после отпуска при 350—400° С все еще могут появляться трещины.
[c.44]
Кремний способствует выделению углерода в соответствии со стабильной системой железо—графит незначительно изменяет характер превращений по сравнению с превращениями в соответствующих марках углеродистой стали несколько повышает устойчивость аустенита в перлитной и особенно в средней области понижает чувствительность к закалке и повышает устойчивость против отпуска кремнистая сталь отличается особым видом устойчивости против отпуска (например, в закаленной стали с 2% кремния и 0,6% углерода игольчатая ориентировка структуры, напоминающая исходный мартенсит, сохраняется после отпуска при 500 С, в то время как в углеродистой стали после отпуска при той же температуре игольчатой ориентировки совершенно не наблюдается) повышает сопротивление износу, что ухудшает обрабатываемость конструкционной стали особенно при сверлении стабилизирует аустенит повышает упругость стали. Практически не растворяется в цементите
[c.22]
Структура закалённой и отпущенной стали. После отпуска мартенсит легко обнаруживается обычным травлением. Структура состоит из игольчатого мартенсита (размер игл зависит от размера зёрен аустенита) и избыточных карбидов (фиг. 84, см. вклейку).
[c.458]
Технологический процесс термической обработки основных деталей, изготовленных из высоколегированных сталей, должен состоять из режимов, стабилизирующих структуру стали после закалки (обработку холодом или высокий отпуск).
[c.272]
Высокотемпературный (высокий) отпуск проводят при 500— 680 С. Структура стали после высокого отпуска — сорбит отпуска. Высокий отпуск создает наилучшее соотношение прочности и вязкости стали.
[c.216]
Мартенситная структура стали после закалки метастабильна, и для ее превращения в более устойчивую структуру производят отпуск.
[c.157]
Низкий отпуск проводят при 150-200 °С. Целью низкого отпуска является снижение внутренних напряжений и некоторое уменьшение хрупкости мартенсита при сохранении высокой твердости и износостойкости деталей.
Структура стали после низкого отпуска представляет собой мартенсит отпуска. Основная область применения низкого отпуска — режущий и мерительный инструмент, а также машиностроительные детали, ко-
[c.
449]
Структура стали после термообработки представляет собой легированный феррит с 10-15 % остаточного аустенита и небольшим количеством карбидов. Остаточный аустенит увеличивает вязкость стали. Максимум ударной вязкости стали 0Н9 (70-80 Дж/см ) соответствует отпуску при 575 °С.
При правильно выбранной температуре отпуска остаточный аустенит не превращается в мартенсит, стабилизируется и не подвергается превращениям при охлаждении до рабочих температур. При появлении мартенсита в структуре снижается ударная вязкость при криогенных температурах.
[c.
608]
Проведенные исследования подтверждают, что сопротивление микроударному разрушению сталей перлитного и мартенситного классов определяется главным образом характером структур, получаемых в результате их термической обработки.
На эрозионную стойкость этих сталей (после отпуска) влияет количество отдельных структурных составляющих, их дисперсность, форма и характер распределения.
Результаты исследования показывают, что структура стали является определяющим фактором при оценке ее эрозионной стойкости.
[c.141]
Отпуск стали — необходимая и заключительная операция термической обработки, в результате которой формируются окончательная структура и свойства стали.
При отпуске снижаются и устраняются внутренние закалочные напряжения, повышаются вязкость и пластичность, несколько понижается твердость. В зависимости от температуры наг рева различают отпуск низкотемпературный, среднетемпературный и высокотемпературный.
Для деталей узлов трения применяют низкотемпературный отпуск с нагревом до 150-200°С. При этом нескол1>ко снижаются нну1ренние напряжения, но твердость остается высокой (58-62 HR ). Структура стали после отпуска состоит из мартенсита отпуска.
Этот вид отпуска применяется также для режущих и измерительных инструментов и для изделий, подвергающихся цементации и нитроцементации.
[c.237]
Повышение температуры оглуска стали до 300—350°С несколько снижает характеристики прочности и повышает вязкость. Элект.ролномикроскопическими иоследо-валиями каких-либо выделений в структуре стали после отпуска на 300—350°С не обнаружено.
В этом состоянии сталь 1Х15Н4АМЗ представляет конструкционный материал с отличным сочетанием высокой прочности, вязкости и пластичности.
Следует отметить, что несмотря на некоторое уменьшение предела прочности, по сравнению со значениями его после отпуска при 200°С, отпуск при 350°С примерно в 1,5 раза увеличивает число циклов до разрушения при испытании образцов с надрезом под действием многократных статических нагрузок также растет сопротивление стали коррозии под напряжением.
[c.192]
Для получения оптимальной жаропрочности высокохромистые стали закаливают ка мартенсит. Структура сталей после отпуска — сорбит и троостит. Для стали 18Х12ВМБФР при 550 °С аю = 250-ь-300, а для стали 15Х12ВНМФ — 200 МПа.
[c.231]
Диаграмма изотермического превращения в стали 18Х2Н4ВА показывает также, что эту сталь нельзя подвергать отжигу, так как аусте-нит в перлитообразные структуры не превращается.
Поэтому единственной смягчающей обработкой этой стали является высокий отпуск под критическую точку (660 10°С).
Структура стали после такой обработки (в состоянии поставки) представляет собой сорбит с неравномерным распределением углерода (рис. 298,а).
[c.382]
С р е д и е т е м п е р а т у р и ы й (средний) отпуск вьг нолняют при 350—500 °С и применяют главным образом для пружин и рессор, а также для штампов.
Такой отпуск обеспечиваеч выс(жпе пределы уп )угости и выносливости и релаксационную стойкость. Структура стали после среднего отпуска — троостит отпуска или троостомартепсит твердость стали HR 40—50.
Температуру от пуска надо выбирать таким образом, чтобы не вызвать необратимой отпускной хрупкости.
[c.217]
Высокотемпературны й (в ы с о к н й) отпуск про водят при 500—680 С. Структура стали после высокого отпуска — сорбит отпуска. Высокий отпуск создает паилучшее соо пюикмшс прочности и пязкости стали.
[c.217]
Предварительная термическая обработка заготовки. Эта операция состоит из закалки и высокого отпуска стали для получения повышенной прочности и вязкости в сердцевине изделия.
Отпуск проводят при высокой температуре 600—675 «С, превышающей максимальную температуру [юследующего азотирования и обеспечивающей получение твердости, при которой сталь можно обрабатывать резанием.
Структура стали после этого отпуска — сорбит.
[c.242]
Стали перлитного класса содержат до 0,16% С и молибдена до 0,7%, который увеличивает температуру рекристаплизации феррита и тем са.мым повышает жаропрочность. Аналогично, но слабее действует хром.
Присадка ванадия измельчает зерно, а также повышает жаропрочность Обычный режим термической обработки — закалка в масле или нормализация при температурах 950.. 1030 с и отпуск при 720. 750 С (Ас1 = 760 С). Предельная рабочая температура 550.. 580 С.
Структура сталей после охлаждения на воздухе перлит и карбиды МзС. Область применения сталей приведена в табл 13.
[c.102]
Указанные стадии превращения при отпуске обычно не происходят строго в пределах указанных выше температурных интервалов. Отдельные стадии превращений накладываются друг на друга. Отпуск до 250° С называется низким отпуском.
Структурой низкого отпуска является отпущенный мартенсит, состоящий из смеси пересыщенного твердого раствора и сопряженных с ним карбидных частиц. Отпуск стали при 350—500° С называется средним, а при 500—600° С — высоким отпуском.
Структурой стали после среднего отпуска является тростит отпуска, тогда как структура стали после высокого отпуска состоит из сорбита отпуст. Тростит и сорбит
[c.123]
Некоторые виды цементита, например третичный цементит или цементит, распределенный в структуре сталей после закалки, выявляются этим травителем лучше, чем с помощью травителей, после обработки которыми карбид железа выглядит темным на фоне окружающей светлой матрицы.
Клемм применял его для выявления цементита и у-фазы в закаленных структурах. Для травления не требуется удалять деформированный слой феррит-ной матрицы. Изображение структуры получается более качественным, если сульфидный осадок на всей поверхности феррита одинаково ориентирован.
Очень хорошо выявляли цементит с помощью тиосульфата натрия не только в незакалеиных, но и в закаленных и отпущенных сталях [42]. Этот метод позволяет наблюдать за развитием коагуляции цементита, выделяющегося в процессе отпуска.
Естественно, для изучения небольшого числа мельчайших частиц цементита важное значение имеет оптическое разрешение.
[c.90]
В ряде случаев по конструктивным или иным соображениям твердость закаленного стального изделия должна быть снижена до определенной величины.
Поскольку твердость закаленной стали при отпуске изменяется в зависимости от температуры отпускаемого изделия и времени воздействия на него этой температуры [3], выбор режима отпуска для снижения твердости связан с определенными затруднениями.
Исследование зависимости твердости стали 50ХГТР с исходной мартенситной структурой от режима (температуры и времени) отпуска позволило установить, что твердость стали после отпуска можно описать уравнением
[c.208]
| Рис. 2. Зависимость ударной вязкости от доли вязкой составляющей в изломах при разном содержании мартенсита в структуре закаленной стали после отпуска на твердость HR =32—35 для сталей 40Х (светлые точки) и 40ХН (темные точки). Температура испытаний —20°С (квадраты) —40°С (треугольники) —70°С (кружки) |  |
Среднетемпературный (средний) отпуск выполняют при 350— 500 и применяют главным образом для иружип и рессор, а также для штампов. Такой отпуск обеспечивает высокие пределы упругости и вырюсливости и релаксационную стойкость, Структура стали после среднего отпуска — троосгит отпуска или троосто-мартенсит твердость стали 40—50 НР,С. Температуру отпуска надо выбирать таким образом, чтобы не вызвать необратимой отпускной хрупкости.
[c.216]
Улучшаемыми называют такие стали, которые используются после закалки с высоким отпуском (улучшения). Эти стали (40Х, 40ХФА, ЗОХГСА, 38ХНЗМФА и др.) содержат 0,3—0,5% углерода и 1—6% легирующих элементов. Стали закаливают с 820—880 С в масле (крупные детали — в воде) высокий отпуск производят при 500—650 °С с последующим охлаждением в воде, масле или на воздухе (в зависимости от состава стали). Структура стали после улучшения — сорбит. Данные стали применяют для изготовлеши валов, шатунов, штоков и других деталей, подверженных воздействию циклических или ударных нагрузок. В связи с этим улучшаемые стали должны обладать высоким пределом текучести, пластичностью, вязкостью, малой чувствительностью к надрезу.
[c.161]
Структура стали после Оптимальное допустимое содержание немартенситиых Изменение характеристик разрушения под влиянием немартенситных структур (каждых 10 %) и температуры отпуска (каждых 10 °С) [c.150]
Остаточный аустеиит инструментальных сталей. Его влияние на свойства. Остаточный аустенит фиксируется в структуре закаленных сталей, содержащих более 0,4—0,5% С. Количество остаточного аустенита зависит от его состава, получаемого при нагреве до температуры закалки, условий охлаждения и в меньшей степени от величины зерна.
Состав остаточного аустенита определяет его устойчивость при последующем отпуске.
Он почти полностью превращается в результате нагрева при 200—350° С нетеплостойких углеродистых н низколегированных сталей и при 500—580° С теплостойких штамповых н быстрорежущих сталей, У полутеплостойких сталей с 6—18% Сг он устойчив до 450—500° С, вследствие чего практически полностью сохраняется при обработке на первичную твердость.
Точно также он почти полностью сохраняется в структуре нетеплостойких многих полутеплостойких сталей после отпуска на высокую твердость и может значительно влиять на их основные свойства и почти не сохраняется в теплостойких и полутеплостойких сталях, обрабатываемых на вторичную твердость. Количество остаточного аустенита, присутствующего в инструментальных сталях различных классов после закалки, приведено ниже.
[c.381]
Если исходным является состояние закалки, отпуск в зоне развития обратимой отпускной хрупкости (400-600 0 сопровождается отчетливыми изменениями всех основных механических и физических свойств стали. Однако эти изменения не связаны с собственно процессом охрупчивания.
Это становится очевидным, если наблюдать за именейием тех же свойств в результате выдержки в том же интервале температур, но после стабилизирующего неравновесную структуру стали высокого отпуска.
По-видимому, только после такого стабилизирующего высокого отпуска или отжига, когда в результате последующей изотермической выдержки или медленного охлаждения в температурном интервале обратимой отпускной хрупкости не получают значительного развития процессы, характерные для отпуска закаленной стали, изменение склонности стали к хрупкому разрушению можно целиком считать эффектом развития обратимой отпускной хрупкости без участия неравновесных кинетических процессов.
[c.16]
Карбидная неоднородность приводит к неравномерному распределению легирующих элементов и к неоднородной структуре стали после закалки и отпуска. Наличие малолегированных участков может служить причиной снижения твердости и красностойкости стали.
[c.38]
Отпуск проводится после закалки
Назначение отпуска — снятие внутренних напряжений и получение заданных, требуемых свойств стали.
Свойства стали, получаемые после закалки и соответствующего отпуска зависят от структуры, образующейся после отпуска и, в свою очередь, от превращений, протекающих в процессе отпуска.
Непосредственно после закалки сталь имеет структуру, состоящую из тетрагонального мартенсита и остаточного аустенита. Такая структура является неравновесной. Переход к более устойчивому структурному состоянию закаленной стали сопровождается распадом тетрагонального мартенсита и превращением остаточного аустенита.
При нагревании закаленной стали до температур 80…100°С заметных изменений в структуре не наблюдается. Дальнейшее повышение температуры приводит к структурным превращениям, протекающим в определенных температурных интервалах.
В углеродистых сталях при отпуске наблюдается четыре превращения.
Первое ‑ превращение тетрагонального мартенсита протекает в интервале температур 80…200°С. Это превращение заключается в выделении углерода из мартенсита (за счет возрастания подвижности атомов при повышении температуры).
Выделившийся углерод образует с железом ‑ карбид, химический состав которого близок к . При этом кристаллы ‑ карбида и мартенсита имеют общие кристаллографические плоскости (когерентную связь). При образовании ‑ карбида происходит неравномерное обеднение пересыщенного альфа ‑ твердого раствора углеродом.
Вблизи карбидов мартенсит обеднен углеродом, в то время как отдельные его участки сохраняют исходный состав. Выделившийся карбид имеет пластинчатую форму, причем толщина этих пластинок составляет всего несколько атомных слоев.
По мере выделения углерода решетка мартенсита становится менее искаженной, отношение параметров решетки с/а приближается к единице. Такой мартенсит называют, мартенситом отпуска (отпущенным мартенситом). Он обладает высокой твердостью и износостойкостью, но в сравнении с мартенситом закалки представляет собой более стабильную структуру.
Второе ‑ превращение остаточного аустенита. Оно протекает в интервале температур 200…300°С.
Сохранение в структуре закаленной стали аустенита было связано с большими напряжениями сжатия, возникающими в результате превращения аустенита в мартенсит.
При последующем отпуске напряжения снижаются, уменьшается объем мартенсита (в результате первого превращения) и аустенит получает возможность превращения в мартенсит с увеличением объема. Одновременно продолжается процесс распада тетрагонального мартенсита.
Третье ‑ окончательный распад мартенсита и карбидное превращение. Это превращение протекает в интервале температур 300…400°С. В этом интервале температур из мартенсита выделяется весь избыточный углерод, что приводит к образованию феррита, ‑ карбид перестраивается в стабильный карбид железа () ‑ цементит. При этом происходит обособление карбида, т.е. отделение от решетки альфа ‑ твердого раствора. Изменяются размеры и форма карбидных частиц, они укрупняются и приобретают зернистую форму. Полученная тонкодисперсная смесь феррита и цементита называется троститом отпуска. Эта структура менее твердая и прочная, по более пластичная, чем мартенсит отпуска, и имеет повышенную упругость.
Четвертое ‑ коагуляция (укрупнение) частиц цементита. Структура стали, полученная в результате отпуска при 500…700°С представляет собой дисперсную смесь феррита с цементитом и называется сорбитом отпуска. Такая структура удачно сочетает хорошую прочность, пластичность и вязкость.
Различие тростита и сорбита отпуска от структур того же наименования, но полученных при распаде аустенита, заключается в форме цементитных включений. После отпуска цементит имеет зернистую форму.
Различие в форме частиц цементита в феррито ‑ цементитной смеси приводит к различию в свойствах стали. При равной твердости структура с цементитом зернистой формы обладает более высокой пластичностью и вязкостью.
Изменение свойств стали при увеличении температуры отпуска рассмотрено на рис.10.4.
Рис.10.4. Зависимость свойств стали от температуры отпуска.
- Различают три вида отпуска:
- Низкий отпуск — температура нагрева 150 — 250°С, структура: мартенсит отпуска, свойства: высокая твердость, снятие внутренних напряжений, уменьшение хрупкости; назначение: инструментальные стали
- Средний отпуск — температура нагрева: 300 — 500°С; структура: тростит отпуска; свойства: высокая твердость, высокая упругость и выносливость; назначение; для упругих элементов (пружины, рессоры).
Высокий отпуск — температура нагрева: 500 — 680°С; структура: сорбит отпуска; свойства: высокая твердость, пластичность, вязкость. Наилучшее сочетание этих свойств; назначение: конструкционные стали.
- Закалка + Высокий отпуск = Улучшение
- ЛЕКЦИЯ 11.
- СПОСОБЫ ПОВЕРХНОСТНОГО УПРОЧНЕНИЯ
Поверхностное упрочнение используется для деталей и изделий, работающих в условиях воздействия ударных нагрузок, в условиях трения. Также поверхностное упрочнение может использоваться для деталей тонких сечений.
Упрочнение методом пластического деформирования
Эффективными способами упрочнения поверхностного слоя являются дробеструйная обработка, позволяющая обрабатывать стальные детали на глубину 0,7 мм, и обработка поверхности роликами на глубину до 15 мм. При этом происходит наклеп поверхности детали, позволяющий повысить ее усталостную прочность. Наклепу подвергаются готовые детали, прошедшие механическую и термическую обработку.
При дробеструйной обработке на поверхность деталей из специальных дробеметов с большой скоростью направляют поток стальной или чугунной дроби диаметром 0,5 — 1,5 мм. Удары дроби вызывают пластическую деформацию поверхностного слоя, вследствие чего он становится более твердым.
Дробеструйной обработке подвергают поверхность рессор и пружин, зубчатых колес, звеньев гусениц, гильз и поршней. В результате дробеструйной обработки предел выносливости рессор увеличивается в 1,5 раза и в несколько раз возрастает их долговечность.
Поверхностная закалка
Поверхностная закалка состоит в нагреве поверхностного слоя стали выше Ас3 с последующим охлаждением для получения высокой твердости и прочности в поверхностном слое детали в сочетании с вязкой сердцевиной.
Нагрев под закалку чаще всего производят токами высокой частоты (ТВЧ), а также пламенем газовых или кислородно-ацетиленовых горелок; лазерным излучением.
При нагреве токами высокой частоты магнитный поток, создаваемый переменным током, проходящим по проводнику (индуктору), индуцирует вихревые токи в металле детали, помещенной внутри индуктора. Форма индуктора соответствует внешней форме изделия.
После нагрева в индукторе деталь охлаждают с помощью специального охлаждающего устройства. Через имеющиеся в нем отверстия на поверхность детали разбрызгивается охлаждающая жидкость.
Структура закаленного слоя состоит из мартенсита, а переходной зоны — из мартенсита и феррита. Глубинные слои при этом не упрочняются.
Высокочастотной закалке подвергают шейки коленчатых валов, гильзы цилиндров, поршни, детали гусениц и т.д.
Лазерная закалка поверхности стальных деталей существенно увеличивает их износостойкость, предел выносливости при изгибе. Лазерная закалка — перспективный метод поверхностного упрочнения изделий сложной формы, работающих в условиях износа и усталостного нагружения, а также инструментальных сталей.
- Химико-термическая обработка
- Химико-термической обработкой (ХТО) называют процесс, сочетающий в себе поверхностное насыщение стали тем или иным элементом при высокой температуре и термическую обработку, в результате которых происходит изменение химического состава, микроструктуры и свойств поверхностных слоев деталей.
- Химико-термическая обработка включает в себя следующие стадии:
1. Диссоциация — выделение насыщающего элемента в активном состоянии в результате разложения исходных веществ. Количественно оценивается степенью диссоциации. Зависит от свойств насыщающей среды.
2. Абсорбция — захват поверхностью металла свободных атомов насыщающего элемента. Зависит от свойств металла и технологии насыщения.
3. Диффузия — проникновение элементов внедрения в глубь металла. Характеризуется свойствами металла и элементов внедрения (в частности, коэффициентами диффузии).
Распределение элементов внедрения по сечению неравномерно. Поверхностный слой детали, отличающийся от исходного материала по химическому составу, называется диффузионным слоем. Материал детали под диффузионным слоем с неизменившимся химическим составом называется сердцевиной (рис.11.1).
Рис.11.1. Распределение элемента насыщения по сечению.
На рис.11.1 показана концентрация элементов внедрения при ХТО по сечению детали где:
- Сп, % — концентрация элемента внедрения на поверхности;
- Ср, % — средняя концентрация элемента внедрения;
- Сисх, % — исходная концентрация (в сердцевине)
- К основным видам ХТО относятся:
- 1. Цементация (насыщение углеродом)
- 2. Азотирование (насыщение азотом)
- 3. Нитроцементация (совместное насыщение азотом и углеродом)
4.Диффузионная металлизация (насыщение металлами — алюминием, хромом, кремнием и др.)
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...
