Превращения в закаленной стали при нагреве

^{Процесс изучают используя прибор — дилатометр.}

^{Р азличают четыре основных превращения, происходящих при нагреве закаленной стали.}

^{Первое превращение происходит при температуре до 200 °С. При низких температурах — до 100 °С — скорость диффузии очень мала До 80 еС никаких изменений не наблюдается..}

^{В интервале температур от 80 до 150—200 °С происходит так называемый «двухфазный» или «гетерогенный» распад мартенсита, выделяются тончайшие пластины карбида. Решетка образовавшегося карбида когерентна решетке мартенсита, т. е. на их границе имеется общий слой атомов. В результате первого превращения при отпуске получается так называемый отпущенный или кубический мартенсит.}

^{Отпущенный мартенсит — это гетерогенная смесь пересыщен­ного углеродом а-раствора неоднородной концентрации (от исход­ной до незначительно большей, чем в феррите) и не обособленных частиц карбида. С уменьшением тетрагональности мартенсита сокращается объем всего образца}

^{Второе превращение Происходит в интервале температур 200— 300 °С остаточный аустенит переходит в отпущенный мартенсит. сопровождается некоторым увеличением объема.. Ближе к 300 °С начинаются обособление и рост частичек карбида. Внутренние напряжения уменьшаются.}

^{Третье превращение происходит в интервале 300—400 СС Карбидные частички полностью обособляются, приобретают строение Fe}₃^{C и начинают расти. Образующаяся высокодисперсная смесь феррита и цементита называется трооститом отпуска}

^{Четвертое превращение при нагреве выше 400°С. Происходит постепенный рост частичек карбида и их коагуляция. Такая структура называется сорбитом отпуска.}

^{В отличие от сорбита, полученного при охлаждении аустеиита, цементит в сорбите отпуска имеет округлую форму. При нагреве закаленной стали до 650—700 °С получают перлит отпуска или глобулярный перлит с размером частиц ~0,3— 0,4 мкм.}

^{Легирующие элементы существенно влияет на процессы (только никель и марганец не оказывают заметного влияния на эти процессы).}

^{На первую стадию распада мартенсита (до 150 °С), влияние легирующих элементов незначительно.}

^{При дальнейшем нагреве процесс протекает медленнее, чем в углеродистых сталях, и поэтому легированные стали сохраняют структуру отпущенного мартенсита до более высоких температур (иногда до 400—500 °С).}

^{Легирование существенно влияет на второе превращение остаточного аустенита в отпущенный мартенсит. Температура этого перехода повышается. Так как в легированных сталях, как правило, сохраняется значительное количество остаточного ауетенита, то превращение последнего в отпущенный мартенсит Способствует сохранению твердости до более высоких температур.}

^{Третье и четвертое превращения в легированных стллях также происходят при более высоких температурах, так как легирующие элементы, находясь в карбидах, увеличивают их устойчивость при нагреве по сравнению с цементитом.}

Термическое и деформационное старение углеродистой стали

^{Под старением понимают измене­ние свойств низко углеродистой стали, протекающее во времени без заметного изменения микрострук­туры. При старении вследствие скопления атомов углерода (азота) на дислокациях (атмосферы Коттрелла) или выделении избыточных фаз из феррита (карбидов, нитридов) повышается прочность, порог хладноломкости и снижается сопротивление хрупкому разрушению; штампуемость листовой стали ухудшается. .}

^{Известны два вида старения стали: термическое и деформационное (механическое).}

^{Термическое старение протекает в низкоуглеродистых сталях в результате изменения растворимости углерода и азота в а-железе в зависимости от температуры.}

^{При ускоренном охлаждении с 650—700 °С (как, например, при сварке, охлаждении тонкого листа после прокатки и т. д.) в низкоуглеродистой стали задержи» ваетоя выделение третичного цементита и при комнатной температуре фиксируется пересыщенный а-раствор (феррит).}

^{При последующей выдержке стали при комнатной температуре (естественное старение) или при повышенной температуре 50—150 °С (искусственное старение) происходит образование атмосфер Коттрелла, т. е. скопление атомов углерода (азота) у дислокаций или распад твердого раствора с выделением третичного цементита в виде дисперсных частиц.}

^{Деформационное (механическое) старение протекает после пластической деформации, если она происходит при температурах ниже температуры рекристаллизации, особенно при 20 °С. Деформационное старение развивается в течение 15—16 сут при 20 °С ив течение нескольких минут при 200—350 °С.}

^{При деформационном старении основное упрочнение, вероятно, связано с образованием атмосфер Коттрелла из атомов углерода и азота вокруг скоплений дислокаций, что затрудняет их движение. При нагреве деформированной стали возможно образование частиц карбидов и метастабильной карбонитридной фазы Fе}₁₆^{(N, С)}₂ ^{или стабильного нитрида Fе}₄^N.

^{Склонность стали к старению снижается при модифицировании ее алюминием, титаном или ванадием.}

^Отжиг

^{Отжигом -процесс термической обработки, при котором металл нагревают до определенной температуры, выдерживают, а затем медленно охлаждают вместес с печыо.}

^{Цель: устранение дефектов предыдущих операций (литья, ковки и др.) либо подготовки структуры для последующей обработки резанием или закалки,. Изменение формы и размера зерен, снижается твердость стали, повышается ее вязкость и пластичность, снимаются внутренние напряжения, улучшается обрабатываемость. устранение ликвации, наклепа и таким образом значительно улучшить свойства стали.}

^{1)Полный отжиг}

^{Сущность:Нагрев изделия. до температуры выше GS на 30—40°С выдержка, охлаждение вместе с печью до 200—500°С. У стальных отливок процесс перекристаллизации протекает труднее, чем у кованой и катаной стали, поэтому выдержка стальных отливок при температуре отжига должна быть более длительной. Охлаждение их производится со скоростью 80—120°С/ч, т. е. несколько медленнее, чем кованых и катаных изделий, которые можно охлаждать со скоростью 100—200°С/ч.}

^{2)Неполный отжиг}

^{Сущность:нагрев изделия. до температуры выше SК на 30—40°С выдержка, охлаждение вместе с печью Неполный отжиг применяется преимущественно для заэвтектоидных сталей. Для доэвтектоидных сталей он используется реже (для снятия внутренних напряжений и улучшения обрабатываемости резанием).}

^{3)Изотермический отжиг,}

^{Сущность:нагрев изделия до температуры выше GSК на 30—40°С) и после некоторой выдержки охлаждают с печыо до 680—700°С либо переносят в другую печь (или соляную ванну) с той же температурой. При температуре 680—700°С изделия выдерживают столько времени, сколько необходимо для полного превращения аустенита в перлит.Заменяет полный и неполный отжиг , дает возможность в три раза ускорить процесс получения мелкозернистой структуры.}

^{4) Маятниковый отжиг}

^{Сущность: сталь нагревают до 750°С, после небольшой выдержки медленно охлаждают вместе с печыо до 680—700СС, затем снова нагревают до 750°С и опять охлаждают до 680—700°С. Так повторяют 3—4 раза. Процесс маятникового отжига сложнее обычного, но экономичнее.}

^{5)Диффузионный отжиг}

^{Сущность: . сталь .нагревают до 1100—1200°С, выдер­живают при этой температуре 10—15 ч, после чего медленно охлаждают вместе с печыо до 200°С. Дальнейшее охлаждение производят на воздухе. На весь процесс затрачивается 80—100 ч. Крупные слитки легированной стали, претерпевающие при затвердевании значительную ликвацию, подвергают отжигу для устранения химической неоднородности .После диффузионного отжига слитки подвергают повторно полному дли получения мелкозернистой структуры.}

^{6) Рекристаллизационный отжиг}

^{Отжиг выполняется при температурах 450—700°С. После непродолжительной выдержки при указанных температурах (для прогрева по всему сечению) изделие охлаждается на воздухе. В результате термической обработки уменьшаются твердость и прочность стали, но вместе с тем повышаются ее вязкость и пластичность. Проводится для устранения наклепа, изменения структуры стали, вместо вытянутых зерен получить равноосные зерна (примерно с одинаковыми осями вдоль и поперек зерна)}