ПОИСК Статьи Чертежи Таблицы Структурные изменения при отпуске сталей из "Теория термической обработки металлов " Структура закаленной стали метастабильна. При нагревании после закалки вследствие увеличивающейся подвижности атомоз создаются условия для процессов, изменяющих структуру стали в направлении к более равновесному состоянию. Характер этих процессов определяется тремя важнейшими особенностями строения закаленной стали сильной пересыщенностью твердого раствора—мартенсита, повышенной плотностью в нем дефектов кристаллической решетки — дислокаций, малоугловых и высокоугловых границ, двойниковых прослоек и присутствием во многих сталях значительных количеств остаточного аустенита. [c.337] Распад мартенсита с выделением карбидов — главный процесс при отпуске сталей. Закономерности распада мартенсита во. многом сходны с закономерностями распада пересыщенного раствора нри старении сплавов, подвергающихся закалке без полиморфного превращения. Распад мартенсита в зависимости от температуры и продолжительности отпуска проходит через стадии предвыделения, выделения промежуточных метастабильных карбидов, выделения цементита и коагуляции. [c.337] Повышенная плотность дислокаций из-за дополнительной деформации во время мартенситной перестройки решетки делает субструктуру мартенсита похожей на субструктуру наклепанного металла (см. 34 и 35). В результате при отпуске создается стимул к развитию полигонизации и рекристаллизации. [c.337] К процессам отпуска будем относить совокупность любых структурных изменений при нагреве после закалки на мартенсит, а не только распад пересыщенного раствора. Тогда нагрев после закалки чистых полиморфных металлов, в которых прошло мартенситное превращение, и сплавов, в которых мартенсит не является пересыщенным раствором (например, закаленный сплав Со на рис. 119), тоже следует относить к отпуску. Во всех таких материалах при мартенситном превращении возникает повышенная плотность дислокаций, в результате чего оказывается возможным проводить отпуск, при котором структурные изменения состоят только из полигонизационных и рекристаллизациопных процессов. Этим отпуск принципиально отличается от старения, которое применимо лишь к сплавам, содержащим пересыщенный твердый раствор . [c.337] Повышенная плотность дефектов решетки в закаленных сталях не только предопределяет развитие процессов возврата и рекристаллизации, но и сильно влияет на распад мартенсита при отпуске. [c.338] Наконец, структурные изменения при отпуске могут осложняться распадом остаточного аустенита. [c.338] Характер структурных изменений при отпуске углеродистых сталей зависит от температуры и продолжительности отпуска и содержания углерода в стали. С повышением содержания углерода в аустените возрастает пересыщенность а-раствора, снижается температура Мн, происходит переход от реечного мартенсита к пластинчатому (двойникованному) и увеличивается количество остаточного аустенита. Все это сказывается на процессах отпуска. [c.338] Сегрегация углерода в кристаллах мартенсита является первым структурным изменением при отпуске углеродистых сталей. Экспериментально выявлены два разных по природе процесса сегрегации углерода образование примесных атмосфер на дефектах решетки мартенсита и возникновение кластеров. [c.338] Дефекты кристаллической решетки — энергетически более выгодные места для атомов углерода, чем нормальные позиции этих атомов Б решетке мартенсита. Атомы углерода упруго притягиваются к дислокациям и дислокационным стенкам. Сегрегации углерода образуются на структурных несовершенствах при комнатной температуре сразу после закалки и даже в период закалочного охлаждения от температуры до комнатной. Следовательно, в период закалочного охлаждения в мартенситном интервале, особенно сталей с высокой точкой Мн (малоуглеродистых), развивается самоотпуск. Для насыщения атмосфер на дислокациях в мартенсите требуется примерно 0,2% С. [c.338] Другой процесс сегрегации не связан с притяжением атомов углерода к структурным несовершенствам. При комнатной температуре атомы углерода в мартенсите образуют кластеры вдоль плоскостей I 100 , а в пластинчатом мартенсите — вдоль плоскостей двойникования 112 [. При повышении температуры отпуска до 100°С эти кластеры укрупняются. [c.338] Образование кластеров углерода можно трактовать как зонную стадию распада раствора, аналогичную концентрационному расслоению при старении твердых растворов замещения. [c.338] Скаков подчеркивает, что образование зон, обогащенных углеродом, следует рассматривать не как подготовительную-стадию процесса выделения карбида. В связи с тем что состояние твердого раствора на зонной стадии распада более стабильно, чем состояние однородного пересыщенного раствора, то само по себе концентрационное расслоение (образование зон, обогащенных углеродом) может и не ускорять выделения карбидной фазы. [c.338] Выделение промежуточных карбидов из мартенсита — следующая после сегрегации углерода стадия структурных изменений при отпуске. Начиная примерно с температуры 100 С, экспериментально обнаруживается метастабильный е-карбид. Этот карбид отличается от цементита типом решетки (гексагональная у 6-карбида, ромбическая у цементита) и пониженным содержанием углерода (вероятная формула е-карбида Рб2.4С). [c.339] В сталях, содержащих менее 0,2% С, выделение е-карбида при отпуске подавлено, так как большая часть атомов углерода связана с дислокациями. [c.339] По отношению к матрице е-карбид ориентирован так, что 0001) Е 11(011)м, чем обеспечивается когерентность на границе раздела фаз. При низких температурах е-карбид выделяется в виде очень дисперсных пластин или стержней. С повышением температуры или увеличением продолжительности отпуска частицы е-карбида укрупняются, на границе его раздела с мартенситом накапливаются упругие деформации и граница из когерентной может превратиться в полукогерентную (см. 19). [c.339] Предпочтительное образование промежуточного е-карбида вместо более стабильного цементита РезС можно объяснить тем, что на границе мартенсита с е-карбидом сопряжение решеток лучше и, следовательно, поверхностная энергия ниже, чем на границе матрицы с цементитом. [c.339] Одновременно с е-карбидом в интервале 100—200°С образуется небольшое количество низкотемпературного цементита, который отличается от цементита отожженной стали параметрами ромбической решетки. Такой цементит выделяется в двойникованном мартенсите, в то время как е-карбид — в недвойникованном. [c.339] Недавние исследования структуры карбида низкого отпуска (120 С) с использованием электронной микродифракции показали, что первой фазой, выделяющейся из высокоуглеродистого мартенсита, является не гексагональный е-карбид, как это широко принято считать, а т]-карбид с ромбической решеткой (возможная формула Ре С). Структуры обоих метастабильных карбидов очень близки. В частности, расстояния между плотноупакован-ными слоями из атомов железа в обоих карбидах заметно не различаются. Решетка метастабильного т]-карбида, как и е-карбида, может очень хорошо сопрягаться с решеткой мартенсита. Эта близость в строении Т1- и е-карбида затрудняет идентификацию истинной структуры первой выделяющейся фазы. [c.339] Цементит РезС —более стабильная фаза, обладающая меньшей объемной ( химической ) свободной энергией, чем любой из промежуточных карбидов. Кроме того, при повышении температуры отпуска снижение концентрации углерода в распадающемся а-раств оре так изменяет меж плоскостные расстояния, что решетка а-фазы лучше сопрягается уже не с решеткой е-карбида (или г1-кар-бида), а с решеткой цементита. Таким образом, при более высоких температурах отпуска выигрыш в объемной и поверхностной свободной энергии делает предпочтительными зарождение и рост цементита РезС, а не промежуточных карбидов. [c.340] Вернуться к основной статье