Основы термической обработки - Крупицкий В.А.
Скачать (прямая ссылка):
Глава IX.
ОТПУСК СТАЛИ. СУЩНОСТЬ И НАЗНАЧЕНИЕ ОТПУСКА.
Закаленная сталь находится в напряженном состоянии и поэтому она обладает значительной хрупкостью. Для улучшения свойств стали и увеличения долговечности ее службы необходимо снять внутренние напряжения или хотя бы уменьшить их. Для этого инструменты и изделия из стали после закалки почти всегда подвергаются повторному нагреву до температур, лежащих ниже критической температуры Aci, (723°), и после некоторой выдержки при температуре нагрева медленно или быстро охлаждаются. Этот вид термической обработки стали называется отпуском. Даже в тех случаях, когда изделие должно иметь максимальную твердость, оно подвергается после закалки отпуску для снятия внутренних напряжений. С помощью отпуска можно достигнуть также распада мартенсита и повышения благодаря этому пластичности и вязкости стали при сохранении достаточно высокой прочности.
Наиболее важной операцией при отпуске является нагрев. Результаты отпуска определяются температурой нагрева изделия и достаточной выдержкой его при этой температуре. Поэтому особенное внимание должно быть уделено правильному выбору температуры нагрева и ее
72
поддержанию во время отпуска. В зависимости от требований, предъявляемых к изделию, температура отпуска колеблется в пределах от 150 до 680°. Нагревать изделия до температуры отпуска следует постепенно и равномерно. Изделия обычно загружают в холодные печи (или нагретые до температуры 200°) и затем медленно нагревают до температуры отпуска со скоростью 50 - 100° в час (в зависимости от сечения изделия). Быстрый нагрев может привести к образованию на изделии трещин. Отпуск производится в камерных и пламенных печах, а также в электрических типа ПН-32. Для обеспечения более равномерного нагрева в печах устанавливают вентиляторы с замкнутой циркуляцией воздуха. Они необходимы потому, что при относительно низких температурах (до 500 -600°) теплопередача от спокойного воздуха к металлу происходит весьма медленно и неравномерно. Мелкие изделия (например, инструменты) отпускают в масляных и соляных ваннах, а также на горячих плитах или в песчаных банях. В этих условиях нагрева исключаются случайные колебания температуры, что имеет большое значение при отпуске. Скорость охлаждения при отпуске углеродистой стали не имеет существенного значения, так как при охлаждении отпущенной стали структурные превращения в ней не протекают. Охлаждение при отпуске чаще всего производят на спокойном воздухе. Некоторые легированные стали охлаждают даже в воде, но это вызывается особыми обстоятельствами, которые будут рассмотрены в дальнейшем.
ПРОЦЕССЫ, ПРОТЕКАЮЩИЕ В ЗАКАЛЕННОЙ СТАЛИ ПРИ ОТПУСКЕ.
Структура стали после закалки обычно состоит из мартенсита и небольшого количества остаточного аустенита, причем кристаллическая решетка мартенсита искажена. Как мартенсит, так и аустенит являются неустойчивыми структурами. Длительное пребывание закаленной стали даже при комнатной температуре вызывает в ней структурные превращения. Например, если выдерживать закаленную сталь при температуре 20° в течение 40 месяцев, то содержание углерода в мартенсите уменьшится с 1,35 до 1,02%. Нагрев значительно ускоряет структурные превращения в закаленной стали. При отпуске закаленной стали в ее структуре происходят следующие превращения:
1) кристаллическая решетка мартенсита принимает правильную форму куба;
2) остаточный аустенит превращается в мартенсит;
3) мартенсит распадается на механическую смесь феррита и цементита;
4) образовавшиеся частицы цементита коагулируют (разрастаются и приобретают округлую форму).
Рис. 81. Изменение твердости и вязкости стали 45 в зависимости от температур отпуска.
73
Эти превращения накладываются друг на друга, поэтому трудно определить температурные границы для каждого процесса. Можно лишь указать, при каких температурах то или иное превращение является основным, ведущим. Первое превращение происходит при температурах 100 - 200°. При этих температурах устраняется искажение кристаллической решетки мартенсита. Она принимает форму куба, благодаря чему в стали несколько ослабляются внутренние напряжения. Мартенсит, имеющий кубическую решетку, называется отпущенным мартенситом.
Второе превращение протекает при температурах 200 - 270° и состоит в переходе остаточного аустенита в отпущенный мартенсит, который является менее напряженной структурой, чем мартенсит закалки.
Третье превращение протекает при температурах 300 - 400°. При этих температурах происходит распад мартенсита: из кристаллической решетки мартенсита выделяется избыточный углерод в виде цементита. В результате получается весьма измельченная смесь феррита и цементита - троостит отпуска.
Четвертое превращение протекает заметно при температурах, превышающих 400°. В результате отпуска стали при температурах 500 - 650° образуется механическая смесь более крупных частиц феррита и цементита - сорбит отпуска. При протекании третьего и четвертого превращений твердость стали заметно понижается, а пластичность и вязкость повышаются. Полученные в результате распада мартенсита троостит и сорбит отпуска имеют зернистую форму цементита, в то время как аналогичные структуры, полученные в результате охлаждения аустенита, имеют пластинчатую форму цементита. При равной прочности зернистые структуры (структуры отпуска) обладают большей пластичностью и вязкостью. Кривые изменения твердости и вязкости стали 45 в зависимости от температур отпуска приведены на рис. 81. Таким образом, при отпуске протекают те превращения, которые не успели произойти в стали при закалке ввиду ее быстрого охлаждения.
