Отпуск закаленных сталей. Влияние легирующих элементов на превращения закаленных сталей при нагреве. Структура и свойства отпущенных сталей. Отпускная хрупкость
Отпуск - термическая обработка стали, заключающаяся в нагреве закаленной на мартенсит стали до температуры ниже критической, выдержки при этой температуре и охлаждении на воздухе.
Цель отпуска: Улучшение механических свойств закаленной стали, снижение хрупкости, повышение пластичности, некоторое снижение твердости и прочности.
Закалка + Отпуск = Улучшение свойств стали.
Исходная структура - мартенсит закалки: высокое содержание углерода, сильно искаженная кристаллическая решетка, значительное напряжение в структуре, высокая степень неравновесности.
Виды отпуска:
1) Низкотемпературный отпуск (низкий отпуск):
Исходная структура - мартенсит закалки, температура отпуска t0Tn = 80-250° С. В результате отпуска - мартенсит отпуска и □-карбиды.
При повышении температуры активизируется диффузия. Часть атомов углерода покидает кристаллы мартенсита, концентрируется в локальных областях, где образуется карбид железа (□ -карбид). Размеры этих карбидов очень небольшие. Результат низкого отпуска: уменьшение степени пересыщенности мартенсита и, как следствие, снижение внутреннего напряжения, немного снижается твердость и прочность. Мартенситная структура в целом сохраняется, снижается склонность стали к хрупкому разрушению.
2) Среднетемпературный отпуск (средний отпуск):
Исходная структура - мартенсит закалки, температура отпуска t0Tn = 250-450° С. В
результате отпуска - тростит отпуска.
При повышении температуры активизируется диффузия. Диффузия углерода при такой температуре достаточна для превращения мартенсита в перлитную структуру, но не достаточна для перемещения углерода на большие расстояния. В итоге образуется смесь феррита и цементита. Особенности среднего отпуска: маленький размер кристаллов, кристаллы равноостные, мелкодисперсные. Такая структура называется тростит отпуска. Такая структура обладает высокой прочностью и твердостью и достаточным запасом пластичности. Используется для ответственных, сильно нагреваемых деталей (пружины, рессоры).
3) Высокотемпературный отпуск (высокий отпуск):
Исходная структура - мартенсит закалки, температура отпуска t0Tn = 450-680° С. В результате отпуска - сорбит отпуска.
Процессы аналогичны среднему отпуску, но увеличивается расстояние, на которое
смещаются атомы углерода. Диффузия происходит интенсивнее, чем в случае среднетемпературного отпуска, увеличиваются размеры кристаллов феррита и цементита. Такая структура называется сорбит отпуска. В результате высокого отпуска повышается пластичность, снижается хрупкость, одновременно уменьшается твердость и прочность. Используется для ответственных, сильно нагреваемых деталей под ударными нагрузками.
Основным легирующим элементом является хром (0,8... 1,2)%. Он повышает прокаливаемость, способствует получению высокой и равномерной твердости стали. Порог хладоломкости хромистых сталей - (0...-100)°С.
Дополнительные легирующие элементы.
Бор - 0.003%. Увеличивает прокаливаемость, а такхе повышает порог хладоломкости (+20...-60° С.
Марганец - увеличивает прокаливаемость, однако содействует росту зерна, и повышает порог хладоломкости до (+40... -60f 'С
Титан (-0,1%) вводят для измельчения зерна в хромомарганцевой стали.
Введение молибдена (0,15... 0,46%) в хромистые стали увеличивает прокаливаемость, снихает порог хладоломкости до —20... -120°С. Молибден увеличивает статическую, динамическую и усталостную прочность стали, устраняет склонность к внутреннему окислению. Кроме того, молибден снижает склонность к отпускной хрупкости сталей, содержащих никель. Введение в хромистые стали никеля, значительно повышает прочность и прокаливаемость, понижает порог хладоломкости.
С повышением температуры отпуска ударная вязкость увеличиваеться однако есть два температурных интервала при которых у конструкционных сталей она заметно снижаеться: 250-350 и 500-600 с. Понижение вязкости соответсвено называют отпускной хрупкостью первого и второго рода.
Конструкционные стали, выбор которых определяется технологичес кими свойствами: стали с высокой обрабатываемостью резанием, свариваемостью, штампуемостью. Состав, марки, обработка, применение.
Конструкционными называются стали, предназначенные для изготовления деталей машин (машиностроительные стали), конструкций и сооружений (строительные стали).
Стали с повышенной обрабатываемостью резанием
Наиболее часто применяют автоматные стали А12, А20, А40, имеющие повышенное содержание серы (0.08-0.3%), фосфора (<=0.05%) и марганца (0.7-1.0%). Сталь 40Г содержит 1.2-1.55% Мп.
Фосфор, повышая твердость, прочность и охрапчивая сталь, способствует образованию ломкой стружки и получению высокого качества поверхности.
Стали обладают большой анизотропией механических свойств, склонны к хрупкому разрушению, имеют пониженный предел выносливости. Поэтому сернистые автоматные стали применяют лишь для изготовления неответственных изделий -преимущественно нормалей или метизов.
Стали для холодной штамповки Для обеспечения высокой штампуемости отношение в/ о.2 стали должно быть 0.5-0.65 при \|/ не менее 40%. Штампуемость стали тем хуже, чем больше в ней углерода. Кремний, повышая предел текучести, снижает штампуемость, особенно способность стали к вытяжке. Поэтому для холодной штамповки более широко используют холоднокатаные кипящие стали 08кп,
08Фкп (0.02-0.04% V) и 08Ю (0.02-0.07% А1).
Билет 14