Назначение и этапы отпуска закаленной стали. Виды отпускной хрупкости
Отпуск стали – это технологический процесс, который заключается в термообработке закаленного сплава, в ходе которой происходят распад мартенсита, рекристаллизация и полигонизация.
Полигонизация – это перестройка и упорядочение дислокационной структуры сплава или металла.
Отпуск стали представляет собой финальную термообработку стали после ее закалки. Ее основное назначение - ликвидация внутренних напряжений, которые отрицательно влияют на технические параметры металлических изделий. Сам процесс отпуска стали состоит из трех основных этапов:
- Нагрев до температуры начала фазовых превращений.
- Выдержка при необходимой температуре.
- Охлаждение с установленной скоростью.
В результате отпуска сплава получают нужные технические характеристики изделий, сводятся к минимуму внутренние напряжения. Чем выше температура процесса и ниже скорость охлаждения, тем эффективнее устраняются остаточные напряжения. Скорость охлаждения зависит от планируемого результата и химического состава сплава:
- Металлические изделия сложной конфигурации после высокотемпературного отпуска охлаждаются медленнее с целью предотвращения коробления.
- Интенсивное охлаждение после отпуска при температуре 550-650 градусов по Цельсию увеличивает предел выносливости благодаря сохранению в приповерхностном слое остаточных напряжений сжатия.
- Полуфабрикаты из легированной стали, для которых свойственна отпускная хрупкость, после отпуска при температуре от 550 до 650 градусов по Цельсию охлаждаются только ускоренно.
Отпускная хрупкость делится на два рода: низкотемпературная и высокотемпературная. Низкотемпературная может появиться при выдержке сплава при температуре 250 - 350 градусов по Цельсию, данная проблема характерная для всех марок стали. Высокотемпературная хрупкость возникает при совпадении трех факторов: медленное охлаждение, нагрев выше 500 градусов и большое содержание хрома, никеля и марганца.
Виды и особенности отпуска стали. Сравнение свойств продуктов непосредственного распада аустенита и продуктов закалки и отпуска
В зависимости от температуры нагрева отпуск делится на:
- низкий,
- средний,
- высокий.
Низкий отпуск осуществляется при температуре от 120 до 250 градусов по Цельсию. Данный вид отпуска применяется после закалки инструмента. После низкого отпуска структура стали - отпущенный мартенсит. Цель данного вида отпуска заключается в увеличении вязкости закаленной стали, уменьшение хрупкости благодаря снижению уровня внутренних напряжений. Температура для низкого отпуска выбирается таким образом, что износостойкость и твердость стали не снизились или снизились незначительно. При низком отпуске продолжительность выдержки составляет от одного до трех часов.
Средний отпуск стали проводится при температуре от 300 до 450 градусов по Цельсию. Такому виду отпуска подвергаются рессоры и пружины. После среднего отпуска структура стали - троостит отпуска, представляющий собой зернистую высокодисперсную смесь феррита и цементита. Основная цель среднего отпуска заключается в получении сплава, в котором сочетаются упругость, вязкость и высокая прочность.
Высокий отпуск стали осуществляется при температуре от 500 до 650 градусов по Цельсию. Такой вид отпуска используется в машиностроении для изделий из конструкционной стали. После высокого отпуска структурой стали является сорбит отпуска, который представляет собой мелкую зернистую ферритно-цементитную смесь, более грубую, чем троостит отпуска. Основная задача высокого отпуска конструкционной стали заключается в получении прочности, которой достаточно для сохранения сопротивляемости ударным нагрузкам. Выдержка при высоком отпуска подбирается опытным путем, на как правило ее продолжительность не превышает нескольких часов. К среднеуглеродистым сталям (содержание углерода составляет от 0,35 до 0,6) может применяться улучшение, представляющее собой двойную термическую операцию получения сорбита отпуска - закалка и высокий отпуск. Полученные таким образом стали называются улучшенными.
Скорость охлаждения при отпуске не влияет на механические свойства углеродистых сталей, и в том случае, когда термические напряжения не представляют опасности, то проводится ускоренно охлаждение.
Предел прочности и твердость пластинчатых продуктов, которые получаются в результате изотермического распада аустенита (троостита и сорбита), несколько выше, чем зернистых, получаемых после отпуска. Относительное удлинение, предел циклической прочности, относительное сужение и вязкость зернистой структуры практически всегда выше пластинчатых, при одинаковой прочности. Получается, что с точки зрения получения лучшей совокупности механических свойств сплава, закалка в сочетании с высоким или средним отпуском дают лучший результат, чем изотермическая обработка.
