Влияние температуры отпуска на микроструктуру и свойства закаленной стали
ВЛИЯНИЕ ТЕМПЕРАТУРЫ ОТПУСКА НА
МИКРОСТРУКТУРУ И СВОЙСТВА ЗАКАЛЁННОЙ СТАЛИ
Отпуском называют вид термической обработки,
заключающийся в нагреве закалённой стали до температуры, лежащей ниже нижней
критической точки АС1, выдержке 1,5...2,0 часа и охлаждении (медленном или
быстром). Цель отпуска - окончательно сформировать структуру и свойства стали и
снять закалочные напряжения.
В процессе многолетней
эксплуатационно-производственной практики сложились три основные группы
изделий, требующие для их успешной эксплуатации «своих» специфических
комплексов вязкостно-прочностных свойств.
Первая группа: режущие измерительные инструменты
и штампы для холодной штамповки. От их материала требуются высокая твердость и
небольшой запас вязкости. Вторую группу составляют пружины и рессоры, от
материала которых требуется сочетание высокого предела упругости с
удовлетворительной вязкостью. Третья группа включает большинство деталей машин,
испытывающих статические и особенно динамические или циклические нагрузки. При
длительной эксплуатации изделий от их материала требуется сочетание
удовлетворительных прочностных свойств с максимальными показателями вязкости.
Закаленная сталь имеет в основном мартенситную
структуру, высокую твердость и хрупкость. При отпуске мартенсит распадается,
что приводит к снижению твёрдости и повышению вязкости стали. Превращение
мартенсита при нагреве зависит от температуры. При нагреве до температуры ниже
300°С мартенсит превращается в мартенсит отпущенный, при более высоких
температурах из мартенсита выделяется цементит (карбид железа Fe3С), а сам
мартенсит становится обычным ферритом. Полученную структуру (дисперсную смесь
феррита и цементита) называют трооститом отпуска. Эта структура имеет самое
высокое значение предела упругости (σупр)
при более низкой твёрдости, чем у мартенсита отпущенного. При дальнейшем
нагреве выделившиеся частички цементита укрупняются и приобретают сферическую
форму. Твёрдость при этом еще снижается, а вязкость возрастает.
Полученную дисперсную смесь феррита и цементита
зернистого строения называют сорбитом отпуска.
Применяют три способа отпуска закаленной стали:
низкий при температуре 150-250° С; средний - при 350- 450° С и высокий при
температуре 450-650° С.
низкий отпуск при температуре 150...200 °С Он
применяется в том случае, когда нужно сохранить твёрдость, полученную при
закалке. Это инструмент из высокоуглеродистых сталей; детали, работающие на
трение, сделанные на низкоуглеродистой стали, но предварительно (перед закалкой
и отпуском) прошедшие цементацию (насыщение поверхности углеродом); детали из
низкоуглеродистых легированных сталей. В этом случае при закалке получается
низкоуглеродистый мартенсит невысокой твердости (менее 35 HRC), поэтому после
низкого отпуска твёрдость и прочность стали выше, чем у отожжённой или
нормализованной, а вязкость достаточная для конструкционных сталей (так как
мало в ней углерода);
средний отпуск при температуре 350…400 °С Его
используют в том случае, когда нужно получить максимальное значение предела
упругости. В основном это пружинные и рессорные стали (твердость 40...45 HRC,
предел упругости не менее 800 МПа), а также некоторые виды штампового
инструмента;
высокий отпуск при температуре 500…600 °С на
структуру сорбит отпуска, обладающую хорошим сочетанием прочности и вязкости.
Применяют для среднеуглеродистых конструкционных сталей.
Рис. 1
Влияние отпуска на прочность и пластичность
стали
Термическая обработка, заключающаяся в закалке с
высоким отпуском на структуру сорбит отпуска, называется улучшением стали. В
этом случае твердость и вязкость выше, чем у отожженной или нормализованной
стали (таблица 1).
Таблица 1 - Сравнительные свойства для стали 45
Вид
термообработки
|
Твёрдость
HB, МПа
|
Предел
прочности, МПа
|
Ударная
вязкость, МДж/м2
|
1500
- 1800 2500 - 2900
|
600
800
|
|
сталь закаленный отпуск пластичность
В результате низкотемпературного отпуска при
температуре 150-250° С уменьшаются внутренние напряжения и хрупкость стали,
незначительно снижается твердость, несколько увеличивается вязкость. Низкому
отпуску подвергаются изделия, которые должны иметь высокую твердость (режущий и
мерительный инструмент). Средний отпуск при температуре 350-450°С несколько
снижает твердость и значительно увеличивает вязкость, сопротивляемость стали
ударам, прочность и упругость. Применяется для пил, рессор-пружин, молотков,
матриц, пуансонов, автомобильных деталей. Высокий отпуск при температурах
450-650°С полностью устраняет внутренние напряжения и обеспечивает наилучшее
сочетание прочности и вязкости стали при достаточной ее твердости. Применяется
для ответственных деталей.
Литература
1. Тушинский
Л.И. Методы исследования материалов / Л.И. Тушинский, А.В. Плохов, А.О. Токарев,
В.Н. Синдеев. - М.: Мир, 2004. - 380 с.
2. Лахтин
Ю.М. Материаловедение Ю.М. Лахтин. - М.: Металлургия, 1993. - 448 с.
. Фетисов
Г.П. Материаловедение и технология металлов / Г.П. Фетисов, М.Г. Карпман и др.
- М.: Высшая школа, 2001. - 622 с.
. Евстратова
И.И. Материаловедение / И.И. Евстратова и др. - Ростов-на-Дону: Феникс, 2006. -
268 с.
. Маркова
Н.Н. Железоуглеродистые сплавы / Н.Н. Маркова. - Орел: ОрелГТУ, 2006. - 96 с.
. Ильина
Л.В. Материалы, применяемые в машиностроении: справочное пособие / Л.В. Ильина,
Л.Н. Курдюмова. - Орел: ОрелГТУ, 2007.