Лабораторная работа № 6

ОТПУСК СТАЛЕЙ

1. Цель работы:

1.1. Изучить влияние температуры нагрева на твердость закаленной стали;

1.2. Установить влияние легирующих элементов на превращения при отпуске закаленных сталей.

2. Теоретические сведения

В результате закалки в стали получается структура, состоящая из двух неравновесных фаз: мартенсита (М) и остаточного аустенита (при содержании углерода в углеродистых сталях более 0,5 %), которая характеризуется высокой твердостью (до 650 НВ) и хрупкостью (КСV10÷15 Дж/см²). Кроме того, вследствие объемных изменений при закалке в материале формируются внутренние напряжения, способные вызвать образование трещин и деформацию изделий. По этой причине непосредственное использование закаленных деталей в конструкциях делается практически невозможным. Окончательной операцией термической обработки, в результате которой сталь получает требуемые механические свойства, является отпуск. Отпуск заключается в нагреве закаленной стали до температуры ниже А_с1, выдержке при этой температуре и последующем охлаждении с контролируемой скоростью. Он проводится для снятия закалочных напряжений, стабилизации структуры и предания стали требуемого комплекса механических свойств.

2.1. Основные превращения в углеродистых сталях при отпуске

Структура закаленной стали претерпевает при нагреве ряд последовательных превращений. Для углеродистых сталей традиционно принято выделять три температурных интервала и соответствующие им три стадии превращения при отпуске углеродистых сталей.

Первая стадия при отпуске относится к интервалу температур 100÷200 С. Ее связывают с распадом М: уменьшением содержания углерода в -твердом растворе и образованием мельчайших карбидных частиц.

Вторая стадия при отпуске относится к интервалу температур 200÷300 ^оС. Она заключается в распаде А_ост с образованием малоуглеродистого мартенсита отпуска и дисперсных карбидов. При этом следует иметь ввиду, что в температурном интервале второй стадии продолжается распад мартенсита. В ходе первого и второго превращений происходит уменьшение внутренних напряжений

Третья стадия при отпуске относится к интервалу температур 300÷400 ^оС. При выдержке в этом интервале температур завершается распад мартенсита и продолжает развиваться карбидное превращение. Из мартенсита выделяется практически весь избыточный углерод в виде карбидов Fe₃C и тетрагональность решетки -твердого раствора устраняется – мартенсит приобретает кристаллическую ОЦК решетку -Fe.

Начиная с температур 350÷400 ^оС, происходит интенсивный процесс коагуляции (рост более крупных частиц карбида Fe₃C за счет растворения более мелких) и сфероидизация цементита. Скорость этих процессов увеличивается при повышении температуры.

2.2. Структуры сталей после отпуска

Структуру, полученную после отпуска стали при температурах ниже 300 ^оС, называют отпущенным мартенситом (М_отп). После отпуска при температуре 300÷450 ^оС твердость стали соответствует твердости, приобретаемой сталью при непрерывном охлаждении на структуру троостит. Соответственно, структуру, полученную после отпуска при 300÷450 ^оС, называют трооститом отпуска (Т_отп). В интервале температур 450÷650 ^оС получается соответственно сорбит отпуска (С_отп). При температуре, близкой к температуре А_с1 (700 ^оС) образуется грубая ферритно-карбидная смесь - зернистый перлит (П_з).