Основы теории сплавов Электропроводность диэлектриков Магнитные материалы Полупроводниковые материалы

Отпуск – является заключительной операцией термической обработки, выполняемой после закалки, проводится с целью снятия внутренних напряжений, снижения твердости и увеличения пластичности и вязкости закаленных сталей.

Характеризуется нагревом до температуры ниже критической А (рисунок 8.3 (3)). Скорость охлаждения роли не играет. Происходят превращения, уменьшающие степень неравновесности структуры закаленной стали.

С повышением температуры нагрева прочность обычно снижается, а пластичность и вязкость растут. Температуру отпуска выбирают, исходя из требуемой прочности конкретной детали.

Различают три вида отпуска:

1 Низкий отпуск с температурой нагрева Тн = 150…300 oС. В результате его проведения частично снимаются закалочные напряжения. Получают структуру – мартенсит отпуска. Проводят для инструментальных сталей; после закалки токами высокой частоты; после цементации.

2 Средний отпуск с температурой нагрева Тн = 300…450 oС. Получают структуру – троостит отпуска, сочетающую высокую твердость 40…45HRC c хорошей упругостью и вязкостью. Используется для изделий типа пружин, рессор.

3 Высокий отпуск с температурой нагрева Тн = 450…650 oС. Получают структуру, сочетающую достаточно высокую твердость и повышенную ударную вязкость (оптимальное сочетание свойств) – сорбит отпуска. Используется для деталей машин, испытывающих ударные нагрузки. Комплекс термической обработки, включающий закалку и высокий отпуск, называется улучшением.

Дефекты, возникающие при термической обработке стали

К основным дефектам, которые могут возникнуть при закалке стали, относят:

трещины;

деформации (коробление);

недостаточную твердость;

обезуглероживание и окисление поверхности;

повышенную хрупкость.

Трещины возникают при закалке в тех случаях, когда внутренние растягивающие напряжения I рода превышают сопротивление стали отрыву. Трещины образуются при температурах ниже точки Мн, чаще после охлаждения. Склонность к образованию трещин возрастает с увеличением в стали содержания углерода. Кроме того, трещины образуются в изделии из-за концентраторов напряжений (резкое изменение формы сечения — местные углубления, выступы отверстия и т. д.). Трещины — неустранимый дефект.

Желательно:

проводить закалку с возможно более низких температур;

медленное охлаждение в мартенситном интервале температур (ступенчатая закалка, изотермическая);

выполнение отпуска немедленно после закалки.

Деформации (изменение размеров и формы изделий) происходят в результате термических и структурных напряжений под действием неоднородных объемных изменений, вызванных неравномерным охлаждением и фазовыми превращениями. Тонкие длинные изделия охлаждают в зажатом состоянии (в штампах, прессах, приспособлениях).

Недостаточная твердость закаленной зоны объясняется недогревом или недостаточно интенсивным охлаждением. Необходимо перемешивать, чтобы снять паровую рубашку с детали, или применять вместо простой воды водные растворы солей или щелочей.

Обезуглероживание и окисление поверхности происходит при нагреве в пламенных или электрических печах без контролируемой атмосферы. В этом случае увеличиваются припуски на механическую обработку деталей. Желательно применять искусственную атмосферу в печах или нагрев осуществлять в соляных ваннах.

Повышенная хрупкость – дефект закалки от слишком высоких температур (более высоких, чем требуется), при которых произошел значительный рост зерен аустенита. Дефект обнаруживается механическими испытаниями по излому. Устраняется повторной закалкой от нормальных температур.

Диаграмма изотермического распада аустенита. Для описания кинетики превращения переохлажденного аустенита пользуются экспериментально построенными диаграммами время—температура—степень распада или диаграммами изотермического превращения аустенита, т.е. превращения, протекающего при постоянной температуре.

Скорость превращения зависит от степени переохлаждения. При малых и значительных переохлаждениях превращение происходит медленно: в первом случае из-за малой термодинамической склонности аустенита к распаду, во втором — из-за малой диффузионной подвижности атомов.

На основе кинетических кривых построена диаграмма изотермического превращения аустенита (рисунок 8.5). На этой диаграмме плавными кривыми соединяются соответственно точки начала превращения (кривая 1) и точки его окончания (кривая 2). Область, лежащая левее кривой 1, определяет продолжительность инкубационного периода и соответствует структуре переохлажденного аустенита; промежуток между линиями 1 и 2 характеризует область превращения аустенита, а области правее кривой 2 соответствует структура с продуктами распада аустенита.

Обе кривые имеют С-образный вид с минимальным инкубационным периодом и минимальной длительностью превращения при температуре около 550 °С. При переохлаждении аустенита до температуры, равной или ниже точки Мн, диффузионные процессы полностью подавляются. При более низких температурах протекает бездиффузионное превращение аустенита, продуктом которого является мартенсит.

В зависимости от степени переохлаждения аустенита различают три температурные области превращения: перлитную, мартенситную и промежуточного {бейнитного) превращения.

1 и 2 — кривые начала и конца распада аустенита соответственно; I — область диффузионного (перлитного) превращения; II — область промежуточного (бейнитного) превращения; III — область бездиффузионного (мартенситного) превращения; П — пластинчатый перлит; С — пластинчатый сорбит; Т — пластинчатый троостит; Бв — верхний бейнит; Бн — нижний бейнит

Рисунок 8.5 – Диаграмма изотермического распада аустенита

Рост зерна аустенита при нагревании и выдержке

При нагреве до температуры Ас1 или немного выше число зародышей всегда достаточно велико и начальное зерно аустенита мелкое. Чем выше скорость нагрева, тем меньше зерно аустенита, так как скорость образования зародышей выше, чем скорость их роста.

При дальнейшем повышении температуры или увеличении длительности выдержки при данной температуре происходит собирательная рекристаллизация, и зерно увеличивается. Рост зерна аустенита происходит самопроизвольно, причем крупные зерна растут за счет более мелких, а следовательно, термодинамически менее устойчивых.

Способность зерна аустенита к росту неодинакова даже у сталей одного марочного состава вследствие влияния условий их выплавки. По склонности к росту зерна различают два предельных типа сталей: наследственно мелкозернистые и наследственно крупнозернистые.

В наследственно мелкозернистой стали при нагреве до высоких температур (1000...1050°С) зерно увеличивается незначительно, однако при более высоком нагреве наступает бурный рост зерна. В наследственно крупнозернистой стали, наоборот, сильный рост зерна наблюдается даже при незначительном перегреве выше Ас1.

Различная склонность к росту зерна определяется условиями раскисления стали и ее составом. Стали, раскисленные алюминием, наследственно мелкозернистые, так как в них образуются дисперсные частицы A1N, тормозящие рост зерна аустенита. Растворение этих частиц влечет за собой быстрый рост зерна.

Легирующие элементы, особенно карбидо- и нитридообразующие, задерживают рост зерна аустенита. Наиболее сильно действуют Ti, V, Nb, Zr, A1 и N, образующие трудно растворимые в аустените карбиды и нитриды, которые служат барьером для роста зерна. Одновременно нерастворимые карбиды и нитриды оказывают зародышевое влияние на образование новых зерен аустенита, что также приводит к получению более мелкого зерна. Марганец и фосфор способствуют росту зерна аустенита.

Под наследственной зернистостью подразумевают склонность аустенитного зерна к росту. Размер действительного зерна обусловлен не только наследственными факторами, но и температурой нагрева и продолжительностью выдержки при ней. На свойства стали влияет только действительный размер зерна.

Продолжительный нагрев стали при температурах, значительно превышающих верхнюю критическую точку, приводит к образованию крупного действительного зерна как непосредственно при этой температуре, так и после охлаждения до 20 °С. Такой нагрев принято называть перегревом стали. Перегретая сталь характеризуется хрупким изломом. Структуру перегретой стали можно исправить повторной термической обработкой.

Величину зерна определяют различными методами: цементацией, окислением по ферритной или цементитной сетке и травлением границ зерен. Величину зерна определяют под микроскопом при увеличении в 100 раз. Зерна, видимые на шлифе, сравнивают с эталонными изображениями. Величину зерна определяют баллами.

Величина образовавшегося зерня, зависит от соотношения ч.ц и с.р. При малых дельта Т (степенях охлаждения) число центров мало, а скорость роста значительна, отсюда образуются крупное зерно. С увеличением дельта Т ч.ц увеличивается, а с.р уменьшается, отсюда мелкое зерно. Размер зерна сильно влияет на свойство металла,например вязкость и пластичность выше, если металл имеет мелкое зерно.
Электротехнические материалы