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 °C 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 (уупр) 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

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.

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.

3. Фетисов Г. П. Материаловедение и технология металлов / Г. П. Фетисов, М. Г. Карпман и др. — М.: Высшая школа, 2001. — 622 с.

4. Евстратова И. И. Материаловедение / И. И. Евстратова и др. — Ростов-на-Дону: Феникс, 2006. — 268 с.

5. Маркова Н. Н. Железоуглеродистые сплавы / Н. Н. Маркова. — Орел: ОрелГТУ, 2006. — 96 с.

6. Ильина Л. В. Материалы, применяемые в машиностроении: справочное пособие / Л. В. Ильина, Л. Н. Курдюмова. — Орел: ОрелГТУ, 2007.