ПОИСК Статьи Чертежи Таблицы Изменение механических свойств при отпуске сталей и выбор режима отпуска из "Теория термической обработки металлов " Закаленная углеродистая сталь характеризуется не только высокой твердостью, но и очень большой склонностью к хрупкому разрушению. Кроме того, при закалке возникают значительные остаточные напряжения. Поэтому закалку углеродистых сталей обычно не применяют как окончательную операцию, хотя она и может сообщить стали высокую прочность (ств = Г30- 200 кгс/мм ). Для увеличения вязкости и уменьшения закалочных напряжений после закалки применяют отпуск. [c.347] Распад мартенсита, казалось бы, должен приводить к дисперсионному твердению, и в общем случае зависимость прочностных свойств стали от температуры отпуска должна быть качественно такая же, как и при старении цветных сплавов. Однако на рис. [c.347] Так как упрочняющий отпуск закаленной углеродистой стали не имеет практического значения, то часто с отпуском любых сталей связывают представление об обязательном смягчении, хотя, как будет показано ниже, это представление ошибочно. [c.349] Прочностные характеристики углеродистой стали (предел прочности, предел текучести и твердость) непрерывно уменьшаются с ростом температуры отпуска выше 300°С, а показатели пластичности (относительное удлинение и сужение) непрерывно повышаются (рис. 201). Ударная вязкость, очень важная характеристика конструкционной стали, начинает интенсивно возрастать при отпуске выше 300°С. Максимальной ударной вязкостью обладает сталь с сорбитной структурой, отпущенная при 600°С. Некоторое снижение ударной вязкости при температурах отпуска выше 600°С можно объяснить тем, что частицы цементита по границам ферритных зерен, растущие за счет растворения частиц внутри а-фазы, становятся слишком грубыми. [c.349] По температуре нагрева различают низкий, средний и высокий отпуск. [c.349] Низкий отпуск на отпущенный мартенсит (120—250 С) широко применяют после закалки инструментов, цементованных и циани-рованных изделий и после поверхностной закалки. Цель низкого отпуска — уменьшение остаточных закалочных напряжений температуру низкого отпуска выбирают такой, чтобы твердость и износостойкость не снизились или слабо снизились. Выдержка при температуре низкого отпуска обычно не превышает 1—3 ч с дальнейшим увеличением выдержки остаточные натяжения очень слабо уменьшаются. [c.349] Разновидность низкого отпуска — стабилизирующий отпуск. В закаленной стали даже при комнатной температуре, а тем более в результате климатических колебаний температуры происходят медленные (в течение многих лет) процессы распада мартенсита, перехода остаточного аустенита в мартенсит и снятия напряжений. Все эти явления ведут к постепенному изменению размеров изделия. Для таких изделий, как мерительный инструмент высокого класса точности и прецизионные подшипники, недопустимы изменения размеров даже на несколько микронов. Поэтому размеры таких изделий необходимо стабилизировать. Вредное влияние остаточного аустенита устраняют, уменьшая его количество при обработке холодом (см. 40). Стабилизации мартенсита и напряженного состоявия достигают низким (стабилизирующим) отпуском при 100—180°С с выдержкой до 30, а иногда и до 150 ч. [c.349] Средний отпуск на троостит (350—450°С) —сравнительно редкая операция. Ее используют тогда, когда необходимо сочетание высокой прочности, упругости и вместе с тем достаточной вязкости. Среднему отпуску подвергают пружины и рессоры. [c.349] Высокий отпуск на сорбит (450—650°С) широко применяет в машиностроении к изделиям из конструкционной стали, которые должны характеризоваться не только достаточной прочностькз, но и хорошей сопротивляемостью ударным нагрузкам. Выдержку при высоком отпуске (о бычио несколько часов) подбирают опытным путем для получения заданного комплекса свойств. [c.350] Квазиэвтектоидную сорбитную структуру можно получить нормализацией непосредственно из аустенита при охлаждении стали, причем твердость можно получить равной твердости стали после высокого отпуска. Однако при одинаковой твердости относительное сужение и ударная вязкость будут значительно выше у отпущенной стали. Объясняется это тем, что твердость зависит главным образом от дисперсности феррито-цементитной смеси, а на относительное сужение и ударную вязкость сильно влияет форма цементита. В сорбите, полученном при распаде аустенита, цементит имеет форму длинных пластин, а в сорбите отпуска — форму коротких пластинок с округлыми краями ил сфероидальную форму, обеспечивающую более высокую вязкость стали. [c.350] Двойная операция получения сорбита — закалка с высоким отпуском — называется улучшением. Эту операцию применяют к среднеуглеродистым сталям, содержащим от 0,35 до 0,6% С. Такие стали называют улучшаемыми в отличие от малоуглеродистых цементуемых. При закалке создаются большие остаточные напряжения, чем при нормализации. Несмотря на это, для ответственных деталей машин, как правило, предпочитают улучшение, так как выигрыш в ударной вязкости весьма значителен. Кроме того, при высоком отпуске закалочные напряжения почти полностью снимаются. [c.350] Качество закалки сильно сказывается на свойствах стали после высокого отпуска. Деталь при улучшении должна прокаливаться насквозь, В противном случае после высокого отпуска внутренние слои при одинаковой твердости будут иметь меньшую ударную вязкость, чем внешние слои, так как первые будут содержать пластинчатый цементит, а вторые — точечный или зернистый, Если при охлаждении не было полностью подавлено выделение избыточного феррита во внутренних слоях, то понижается не только ударная вязкость, но и предел прочности, твердость и особенно усталостная прочность. [c.350] Например, заготовка из стали 45 диаметром 15 мм прокаливается в воде насквозь, и в центре ее после высокого отпуска получается структура зернистого сорбита, характеризующаяся следующими свойствами (Тв=80 кгс/мм , ао.2=б5 кгс/мм 6=16% и ан=10 кгс-м/см . Центральные слои заготовки диаметром 100 мм охлаждаются со скоростью значительно меньше критической скорости закалки. При этом в центральных слоях получается структура пластического сорбита с избыточным ферритом, которая характеризуется пониженными показателями прочности и пластичности по сравнению со структурой зернистого сорбита ств = =70 кгс/мм, 00,2=45 кгс/мм, 6=13% и ан=5 кгс-м/см. [c.350] Скорость охлаждения с температуры отпуска не сказывается на механических свойствах углеродистых сталей, и если не опасны термические напряжения, то можно проводить ускоренное охлаждение. [c.351] Иногда закалку и отпуск совмещают в одной операции, которую называют закалкой с самоотпуском. Изделие кратковременно погружают в воду или обрызгивают водой. Поверхностный слой закаливается на мартенсит и затем отпускается за счет тепла внутренних слоев изделия. Таким способом проводят сорбитизацию поверхностного слоя головки рельса, который должен сопротивляться смятию и истиранию и вместе с тем иметь достаточную ударную вязкость и высокий предел выносливости, что обеспечивается структурой сорбита отпуска. [c.351] Легирующие элементы, Затрудняющие распад мартенсита и коагуляцию карбидов (см. 47), смещают температурную границу начала интенсивного разупрочнения при отпуске с 200—300 до 450— 550°С. Повышение красностойкости закаленней стали, т. е. способности ее сопротивляться смягчению при нагревании, — одна из основных целей легирования в производстве инструмента. [c.351] Для конструкционных легированных сталей весьма важно, что специальные карбиды выделяются при высоком отпуске в более дисперсной форме, чем цементит. Это обеспечивает повышенную вязкость, так как микропустоты (очаги разрушения) зарождаются около мелких частиц специального карбида труднее, чем около более крупных частиц цементита. [c.351] В сталях с добавками Т1, Мо, V или У при повышении температуры отпуска после обычного разупрочнения, вызванного распадом мартенсита и коагуляцией частиц цементита, твердость возрастает (рис. 202). Это явление, обнаруживаемое после отпуска при температурах 500—600°С, называют вторичным твердением. [c.351] Причина вторичного твердения — замена растворяющихся сравнительно грубых частиц цементита значительно более дисперсными выделениями специального карбида (Т1С, У4Сз, МоаС или ШгС). Частицы этих карбидов, предпочтительно выделяясь на дислокациях, упрочняют отпущенную сталь. [c.351] Добавка хрома, задерживающего смягчение при отпуске, обусловливает малое вторичное твердение или совсем не вызывает его. Это связано с тем, что выделения карбида Сг/Сз быстро коагулируют при 550°С в противоположность таким карбидам, как МогС. [c.351] Вернуться к основной статье