производство и поставка оборудования для механических испытаний, неразрушающего контроля, химического анализа и визуального контроля, диагностического оборудования, приборов визуального контроля, систем контроля доступа персонала, элементов систем умного производства. Испытательная лаборатория. Сервисный центр

Глава 5.4. Отпуск и старение

Отпуск — это окончательная операция термической обработки, формирующая свойства металла, которая заключается в нагреве стали до температуры ниже Ас1, изотермической выдержке при заданной температуре и последующем охлаждении (обычно на воздухе).

Цель отпуска — получение окончательной структуры и свойств, которые формируются в результате полного или частичного распада мартенсита — пересыщенного твердого раствора углерода в Feα. При отпуске достигаются уменьшение остаточных напряжений и получение более равновесной структуры.

При нагреве мартенсит обедняется углеродом за счет выделения карбидов. В зависимости от температуры нагрева содержание углерода в твердом растворе может превышать равновесное (выделился не весь углерод), в этом случае в структуре сохраняется мартенсит, или приближаться к равновесному (0,006% С), что соответствует точке Q на диаграмме состояния Fe — Fe3C (см. рис. 4.2 и 5.1), тогда твердый раствор в структуре — феррит. В зависимости от температуры отпуска в большей или меньшей степени будет происходить коагуляция выделившихся карбидов.

Различают три вида отпуска стали: низкотемпературный (низкий), среднетемпературный (средний) и высокотемпературный (высокий) (рис. 5.21).

Низкий отпуск выполняют при температурах 150…250°С. При этом содержание углерода в твердом растворе сохраняется выше равновесного (из мартенсита выделился не весь углерод). Структура после такого отпуска — мартенсит, который в отличие от мартенсита закалки (М3) назван мартенситом отпуска (Мотп). Степень тетрагональности кристаллической решетки мартенсита понижается незначительно, также незначительно снижается и твердость (см. рис. 5.10). Предел прочности σВ и ударная вязкость KCU несколько увеличиваются вследствие уменьшения закалочных напряжений.

Таким образом, структура стали после низкого отпуска — мартенсит отпуска. Сталь сохраняет высокую твердость.

Низкому отпуску подвергают инструменты и детали, работающие в условиях изнашивания, для которых необходима высокая твердость:

  • режущие и мерительные инструменты, штампы холодного деформирования из углеродистых и легированных инструментальных сталей;
  • детали после поверхностной закалки (см. подразд. 5.5.2), цементации и последующей закалки (см. подразд. 5.5.1).

Обычно продолжительность отпуска составляет 1...2,5 ч. Мерительный инструмент с целью стабилизации размеров подвергают отпуску с более длительными выдержками.

Рис. 5.21. Влияние температуры отпуска на структуру и механические свойства сталей: σв — предел прочности; σупр — предел упругости; KCU — ударная вязкость; HRC — твердость

Отпуск осуществляют на воздухе, в масле или расплаве солей (50 % KNО3 и 50 % NaNО2). В жидких средах обеспечивается быстрый и равномерный нагрев, а также точное регулирование температуры.

Средний отпуск проводят при 350... 500 °С. При температуре свыше 300 °С из мартенсита выделяется весь углерод в виде цементита. Однако коагуляция цементита при таких температурах весьма мала (средний диаметр частиц цементита — 0,3 ⋅10 -5 мм).

В результате среднего отпуска образуется дисперсная ферритно-цементитная смесь, которая называется трооститом отпуска — Тотп в отличие от троостита, получаемого при распаде аустенита (см. подразд. 5.1.3 и рис. 5.6). Цементит в троостите отпуска имеет зернистое строение, а в полученном при распаде аустенита — пластинчатое, что определяет ряд технологических свойств: при зернистой структуре достигается более высокая производительность при обработке резанием и лучшая пластичность.

Распад мартенсита на ферритно-цементитную смесь сопровождается снижением твердости до 40...48 HRC, но ударная вязкость при этом повышается, так как происходит снижение закалочных напряжений. Однако основным является тот факт, что в результате среднего отпуска достигается максимальное значение предела упругости (см. рис. 5.21). Поэтому среднему отпуску подвергают рессоры, пружины, упругие элементы, а также детали и инструменты, для которых достаточна получаемая при отпуске твердость и необходима удовлетворительная ударная вязкость (например, слесарно-монтажный инструмент). Среднетемпературный отпуск можно проводить в расплавах солей и печах с воздушной атмосферой.

Высокий отпуск осуществляется при температурах 500...600 °С. Полученная ферритно-цементитная структура с зернистым цементитом называется сорбит отпуска (Сотп).

При высоком отпуске происходит не только полное выделение углерода из мартенсита, но и заметный рост (коагуляция) выделившихся кристаллов цементита (средний диаметр частиц цементита в сорбите 10-5мм, т.е. они примерно в 3 раза крупнее, чем в троостите). В результате отпуска заметно понижается твердость стали, которая составляет 300 НВ, но значительно увеличиваются пластичность и ударная вязкость (см. рис. 5.10), кроме того, происходит практически полное снятие закалочных напряжений.

По сравнению с отжигом закалка и высокий отпуск обеспечивают получение сталью более высоких значений всех механических свойств: прочности (σт σв), твердости, пластичности (δ и ψ), а также ударной вязкости (KCU). Поэтому термическая обработка, состоящая из закалки и высокого отпуска, называется улучшением. Улучшению подвергают детали, эксплуатируемые в условиях высоких напряжений в сочетании с ударными нагрузками. Высокий отпуск можно проводить в расплаве солей и в печах с воздушной атмосферой.

Термин старение, а не отпуск, используют при окончательной термической обработке сплавов, предварительно подвергнутых закалке без полиморфного превращения (см. подразд. 2.7), а также сплавов, не подвергаемых закалке для стабилизации структуры (см. гл. 7). Старение может быть естественным, если оно протекает при комнатной температуре, или искусственным, если его проводят при повышенной температуре.

Операции отпуска и стабилизационного старения выполняются для устранения или, по крайней мере, снижения остаточных деформаций. Напряжения в заготовках при отпуске и старении снимаются тем полнее, чем выше температура этих термических операций.

С 2011 года научно-производственное предприятие «УКРИНТЕХ» успешно работает и развивается в области контроля качества материалов и изделий.

Контакты

ООО НПП "Укринтех":
г. Харьков, ул.Ковтуна, д.50, корпус "А-5"

Для почты:
а/я 2304, Харьков-1, 61001, Украина

ООО НПП "Укринтех"
+38 (050) 499-09-89; +38 (067) 560-89-39
+38 (067) 575-45-10; +38 (057) 768-09-02

"ЦНИ Лаборатория"
+38 (098) 262-48-92

Компания

Производство и поставка
испытательного оборудования, оборудования для металлографии, приборов НК и др.

Сервисный центр
Ремонт, сервисное обслуживание и модернизация оборудования.

Центр независимых исследований
Аккредитованная испытательная лаборатория.