Превращения при отпуске закаленной стали

Превращения рассматриваются на примере закаленной стали У8 со структурой М(тетрагональный) + Аост.

1. Особенности исходной структуры после закалки

а) пересыщенность a-твердого раствора;

б) высокая степень искаженности решетки, большая плотность дислокаций;

в) наличие метастабильного остаточного А.

ВЫВОД: Структура закаленной стали неустойчива, с течением времени развиваются самопроизвольные процессы.

2.Необходимость и цели отпуска

1) перевести сталь в более устойчивое состояние, предотвратить самопроизвольное неконтролируемое изменение размеров и свойств изделия;

2) снять высокие закалочные напряжения, уменьшить хрупкость;

3) обеспечить требуемый комплекс свойств в зависимости от условий работы.

Примеры:

1) изделие работает на износ, требуется износостойкость: обеспечивается высокой твердостью =>закалка+низкий отпуск;

2) изделие работает в условиях ударных нагрузок, требуется высокая ударная вязкость =>закалка+высокий отпуск(улучшение);

3) достаточная прочность и пластичность =>закалка+средний отпуск.

3. Определение отпуска

Отпуск- нагрев закаленной стали до температур ниже Ас₁, выдержка и охлаждение с любой скоростью.

4. Главные процессы при отпуске

4.1 Распад пересыщенного твердого раствора (карбидная реакция)

Элементарные процессы:

1) стадия предвыделения - перераспределение атомов С диффузионным путем, образование скоплений атомов С (сегрегации углерода),образование обедненных участков твердого раствора.

Это происходит без видимых изменений под микроскопом.

2) выделение промежуточных метастабильных карбидных фаз: e, χ - карбидов и Fe₃С-цементита;

3) выделение стабильного цементита Fe ₃ С (θ- фаза);

4) коагуляция цементитных частиц (укрупнение).

4.2Распад аустенита остаточного

4.3Возврат и рекристаллизация a-фазы

Уменьшение плотности дислокаций, степени искаженности решетки, т.е. структура приходит в равновесное состояние.

5. Четыре стадии отпуска

Дилатометрическая кривая Dl=f(t)

100-200°C ®Мотп+Аост 200-300°C ®Мотп 300-450°C ®Троостит отпуска 450-650°C ®Сорбит отпуска 650-700°C ®МЗП (мелкозернистый перлит)

До 100°С никаких превращений не происходит, при дальнейшем нагреве выделяются 4 стадии.

Исходная структура: Мзак.(тетрагональный) + Аост.

Таблица 1 – Превращения при отпуске и структура отпущенной стали

Стадия	Температурный интервал	когерентная связь Основные превращения	Структура	Твердость (дляУ8)	Структурный признак
	100-200°С	Мотп	Мотп.+Аост. (М¢Т)	60-64 HRC	Темная игольчатая структура
	200-300°С	1) 2)	почти кубическая решетка	50-55 HRC	Темная игольчатая структура
	300-400°С	1) e- карбид ®Fe3C 2) 3) снятие искажений a-решетки и напряжений	Тотп.	40-45 HRC	Темная плотная сильно травящаяся структура
	400-500°С	1) коагуляция карбидов 2) рекристаллизация ферритной матрицы	400-450° Тотп.	~40 HRC	Темная плотная сильно-травящаяся структура
450-650° Сотп.	~30 HRC	Светлая матрица, точечный характер цементитных включений
650-700° МЗП	~20 HRC	Светлые глобули на светлой матрице

I стадия: 100-200°С

Превращение происходит в условиях малой скорости диффузии атомов С. Насильственно задержанный избыток С стремится выделиться из М_Т, по границам игл М и блоков мозаики образуются скопления атомов С (сегрегации) за счет обеднения соседних участков a-фазы М становится неоднородным по углероду, степень его тетрагональности уменьшается. Скопления атомов углерода образуют e - карбид, пока не обособленный поверхностью раздела от a - фазы (когерентно связанной с М) e - карбид имеет другую формулу (Fe_2,6С) и другой тип кристаллической решетки ( ГПУ) в отличие от Fe₃С.

Совокупность неоднородного низкоуглеродистого М с почти кубической решеткой и мельчайших частичек e - карбида, когерентно связанных с a - решеткой, называется мартенситом отпуска (отпущенным мартенситом).

II стадия: 200-300°С

Аост. (g - решетка) превращается в М отпуска (a - решетка), а Мотпущенный еще больше обедняется углеродом.

III стадия: 300-400°С

Мельчайшие частички e-карбида растворяются, выделяются более крупные и устойчивые частицы цементита. В результате Мотп.окончательно выделяет весь избыток углерода и превращается в феррит. Снимается значительная часть внутренних напряжений и искажений решетки. За счет этого на дилатометрической кривой на третьей стадии наблюдается крутое падение Dl (сжатие образца). В результате получена высокодисперсная Ф-Ц смесь - троостит отпуска.

IV стадия: 400-700°С

Происходит коагуляция (укрупнение) частиц Ц и окончательное снятие напряжений, резкое уменьшение степени дефектности решетки, уменьшение плотности дислокаций -рекристаллизация ферритной матрицы.

Рекристаллизация - замена дефектной решетки более правильной, совершенной решеткой той же фазы.

Сущность процессов отпуска:распад пересыщенного твердого раствора и остаточного А и образование Ф-Ц смеси в пределе (и подготовительные процессы к этому процессу)!!!