Главная | Обратная связь

Отпуск углеродистых сталей

Метастабильное состояние, которое приобретает сталь после закалки, обусловлено образованием тетрагонального мартенсита. Возврат к состоянию, близкому к равновесному, производится путем нагрева закаленной стали, с помощью операции отпуска. Отпуском называется технологическая операция, при которой закаленная сталь нагревается до температуры не выше Ас₁с последующим охлаждением. При отпуске сталь становится менее твердой, но более пластичной.

Можно выделить следующие четыре типичных района превращения в закаленной стали при отпуске на различные температуры.

В первом районе при t=80…200°C из мартенсита закалки постепенно выделяется углерод в виде карбида Fe₂C. Кристаллические решетки твердого раствора и карбида при этом когерентны. Выделение углерода приводят к уменьшению степени тетрагональности мартенсита до значения c/α, близкого к единице, в зонах сопряжения с пластинками выделившегося карбида. Более удаленные зоны твердого раствора имеют по-прежнему высокую концентрацию углерода. Такой мартенсит называется отпущенным мартенситом, а самый отпуск – низким отпуском.

Для второго района (200…300°С) характерно превращение остаточного аустенита в смесь двух фаз: отпущенного мартенсита (например, при t=300°С в твердом растворе стали с 1,2%С содержится всего 0,1…0,20%С) и карбида Fe₂C; их кристаллические решетки когерентны. Второе превращение сопровождается одновременным распадом мартенсита, в результате которого образуется карбид Fe₃C (образование карбида может происходить также по реакции Fe₂C →Fe₃C).

В третьем районе (300…400° С) превращение происходит по реакции

.

Продуктами третьего района превращения являются феррит и цементит – две фазы, наблюдающиеся в микроструктуре стали. Это превращение сопровождается почти полным снятием у стали внутренних напряжений.

Четвертое превращение, происходящие при температуре выше 400°С, состоит в коагуляции частиц феррита и цементита.

Указанные стадии превращения при отпуске обычно не происходят строго в пределах вышеуказанных температурных интервалов. Отдельные стадии превращений в известной мере накладываются друг на друга. Отпуск до 250°С называется низким отпуском. Структурой низкого отпуска является отпущенный мартенсит. Отпуск стали при 350…500°С называется средним отпуском, 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 отпуска. Термическая операция, состоящая из закалки стали и последуещего высокого отпуска, называется улучшением. С увеличением температуры отпуска твердость и предел прочности падают, тогда, как пластичность стали увеличивается. Низким отпуском достигается снятие остаточных напряжений с закаленной стали, твердость при этом сохраняется высокой, а хрупкость уменьшается. Низкий отпуск применяется при термической обработке режущего, измерительного инструмента, шарикоподшипников, постоянных магнитов, деталей счетно-режущих устройств, работающих в условиях трения и т.д.

Средний отпуск применяют при обработке конструкционных сталей с целью придания им высокой прочности в сочетании с высокими упругими и вязкими свойствами. В частности, средний отпуск применяется при производстве пружин. Высокий отпуск применяют для конструкционных сталей, от которых требуется сочетание высокой пластичности и вязкости с повышенными характеристиками прочности и упругости.