ОТПУСК (ПРЕВРАЩЕНИЯВЗАКАЛЕННОЙСТАЛИПРИНАГРЕВЕ)
Мартенсит, получаемый в результате закалки неравновесная, неустойчи-вая структура, поэтому он может длительно сохраняться лишь при достаточно
-
низких температурах (Ј 100…150 оС), где диффузия атомов несущественна. При нагреве закаленной стали в докритическом интервале температур
(t<А1=727 оС) в ней развиваются диффузионные процессы, постепенно при-ближающие структуру и свойства стали к равновесному состоянию – это про-цессы отпуска.
Структура и свойства стали при отпуске зависят от температуры нагрева. Соответственно различают три вида отпуска: низкий (»200 оС), средний (»400 оС), высокий (»600 оС).
При низком отпуске существенных изменений в структуре еще не про-исходит (структура - мартенсит отпуска), лишь уменьшается степень тетраго-нальности, частично снимаются внутренние напряжения, незначительно пони-жается твердость и повышается пластичность. Низкий отпуск применяют в тех случаях, когда от изделий в первую очередь требуется высокая твердость (ре-жущий, измерительный и холодноштамповый инструмент, детали шариковых подшипников, шестерни после цементации и т.п.).
При среднем отпуске избыточный углерод в виде мельчайших частиц цементита практически полностью покидает решетку мартенсита. Решетка мар-тенсита обезуглероживается и превращается в ОЦК решетку феррита (степень
тетрагональности
с
а
= 1).
В результате образуется феррито – цементитная смесь, называемая троо-
ститом отпуска. Твердость и прочность заметно понижаются, повышается ударная вязкость. Такая структура при твердости HRCэ 35…45 обеспечивает наибольшую упругость стали, поэтому средний отпуск обычно применяют для пружин, рессор, мембран, ударного инструмента.
При высоком отпуске изменений в фазовом составе (Ф+Ц) уже не про-исходит (см. диаграмму Fe–Ц), но развиваются диффузионные процессы ук-рупнения и округления частиц цементита, что сопровождается дальнейшим снижением прочности и твердости, повышением пластичности и ударной вяз-кости. Соответствующая структура называется сорбитом отпуска.
-
Термическая обработка, состоящая из закалки и высокого отпуска, назы-вается улучшением. Она применяется для ответственных изделий (валов, ры-чагов, зубчатых колес и т.п.), изготавливаемых из среднеуглеродистых (0,3…0,5 %С) улучшаемых сталей, так как обеспечивает в этом случае наи-лучший комплекс механических свойств – максимальную ударную вязкость при достаточно высокой прочности. Высокие механические свойства сорбита отпуска обусловлены малыми размерами и округлой формой частиц цементита (в отличие от сорбита закалки, в котором острые концы пластинок цементита играют роль концентраторов напряжений, способствующих зарождению мик-ротрещин).
На рис. 2.2.6 в качестве примера показано изменение механических свойств стали 45 в зависимости от температуры отпуска.
Рис. 2.2.6. Зависимости механических свойств закаленной стали от тем-пературы отпуска (сталь 45)
Заметим, что с повышением температуры отпуска свойства приближают-ся к значениям, соответствующим отожженному (равновесному) состоянию, но не достигают их даже при высоком отпуске (в частности, сохраняется более вы-сокая твердость и прочность).
Очевидно, что правильный выбор температуры отпуска позволяет сформировать окончательную структуру и комплекс механических свойств, обеспечивающих успешную работу изделия данного назначения.
-
Внимание!
В начале этой темы (2.2) отмечалось, что все ответственные стальные из-делия должны проходить упрочняющую термическую обработку, состоящую из закалки и отпуска. Поэтому данная тема с точки зрения и теории и практики – одна из наиболее важных в курсе материаловедения. Соответствующие зна-ния совершенно необходимы для выполнения как первой, так и второй части контрольной работы, посвященной выбору материалов для изделий различного назначения. Поэтому изучению материала данной темы нужно уделить особое внимание. Все явления, касающиеся термической обработки сталей, входят и в обязательный перечень экзаменационных вопросов. Рекомендуется также вы-полнить лабораторную работу 6 и, конечно, ответить на вопросы для само-проверки.