ТЕРМИЧЕСКАЯ ОБРАБОТКА ЛЕГИРОВАННЫХ СТАЛЕЙ.
ОТПУСК
Цель работы
Изучить влияние температуры отпуска на структурные превращения в легированных сталях и на их механические свойства.
Задание
1. Построить графики зависимости твердости от температуры отпуска для легированных сталей 40Х, 12Х18Н9Т, 30Х13, Р18.
2. Провести анализ структурных превращений легированных сталей при отпуске в интервале температур 200 - 7000 С.
Основные сведения
Отпуск легированных сталей, как и углеродистых, проводится вслед за закалкой. Легирующие элементы вносят некоторые изменения в механизм и кинетику превращений при отпуске сталей. Основное влияние оказывают карбиды легирующих элементов и повышенная устойчивость легированного мартенсита к распаду при нагреве.
Закаленные легированные стали перлитного, аустенитного, мартенситного и карбидного классов, представителями которых являются соответственно стали 40Х, 12Х18Н9Т, 30Х13, Р18, после закалки имеют различные структуры и свойства.
- в стали 40Х перлитного класса в результате закалки образуется мартенсит и остаточный аустенит (5 - 8 %), твердость 53-58 HRC,
- структура стали 12Х18Н9Т аустенитного класса после закалки состоит из легированного аустенита, твердость HV 1500 МПа,
- после закалки стали 30Х13 мартенситного класса образуется структура мартенсита с карбидами, твердость 55-58 HRC,
- сталь Р18 карбидного класса после правильно выбранного режима закалки имеет структуру мартенсита с большим количеством остаточного аустенита и мелкими зернами карбидов (HV 8200).
В легированных сталях, по сравнению с углеродистыми, вторая и третья стадии отпуска происходят при более высоких температурах, так как почти все легирующие элементы (Cr, Mn, Si, W, Mo, Co и др.) увеличивают силы связи в твердых растворах и затрудняют диффузионное перераспределение элементов.
Кроме того, карбидообразующие элементы, имеющие большое химическое сродство к углероду (Ti, Nb, V, W, Mo, Cr) уменьшают скорость диффузии углерода и замедляют образование карбидов.
В легированных сталях распад мартенсита завершается при 450 - 5000 С.
Тип карбидов, образующихся в легированных сталях при отпуске, зависит от температуры. При температурах £ 400 0 С диффузия легирующих элементов затруднена. При этих температурах преимущественно образуются карбиды железа, при более высоких - специальные карбиды (те, в состав которых входят легирующие элементы) - М7С3, М23С6, М6С, МС. В сталях, содержащих примерно 1 % Cr, выделение специальных карбидов происходит при температурах 500 - 525 0 С, в сталях, легированных молибденом (» 0,8 %)- при 575 - 6000С. В легированных сталях замедлена и коагуляция специальных карбидов, поэтому указанный процесс протекает при более высоких температурах (600 - 6800 С).
Превращение остаточного аустенита при отпуске легированных сталей также замедляется и смещается в область более высоких температур (400 - 5500 С). Кроме того, в сталях с высоким содержанием карбидообразующих легирующих элементов, при распаде аустенита выделяется не цементит, а специальные карбиды, аустенит обедняется легирующими элементами и поэтому при последующем его охлаждении может претерпеть мартенситное превращение.
Влияние отпуска на механические свойства сталей
Описанные выше изменения структуры сталей при отпуске приводят к значительному изменению их механических свойств.
Общей тенденцией изменения свойств стали при отпуске является снижение ее прочностных характеристик (твердости НВ, s0,2, sв) и повышение пластических - (d, Y). Причем, при всех видах отпуска суммарное изменение механических свойств обусловлено рядом структурных факторов, действующих часто в противоположных направлениях. Так например, снижение тетрагональности мартенсита приводит к снижению прочностных характеристик и увеличению пластических. Однако выделение мелкодисперсных карбидов или образование вместо однофазного остаточного аустенита, областей с гетерогенной феррито-карбидной в углеродистых или мартенситно-карбидной структурой в легированных сталях, повышает прочностные и снижает пластические характеристики. Конечный результат зависит от соотношения вкладов действующих факторов.
В легированных сталях, содержащих значительное количество карбидообразующих элементов, при температурах 500-5500 С твердость не только не снижается, но даже растет, что обусловлено выделением специальных карбидов.
Для легированных также как и для углеродистых сталей на практике применяют низкий отпуск (с нагревом до 2500 С), средний (350-5000 С) и высокий (550-6800 С). Каждый из этих видов отпуска устраняет частично или полностью остаточные напряжения, возникшие при закалке. Для полного снятия напряжений рекомендуется применять высокий отпуск.
Несмотря на то, что пластические характеристики легированных сталей d и Y с повышением температуры отпуска растут, ударная вязкость (КСV) с ростом температуры отпуска изменяется не монотонно. Для многих легированных конструкционных сталей имеется два температурных интервала, в которых с ростом температуры отпуска ударная вязкость не растет, а падает. Первый интервал соответствует температурам 250-3500 С, а второй - температурам 500 - 5500 С. Явление снижения ударной вязкости при отпуске получило название отпускной хрупкости. Отпускная хрупкость 1 рода (необратимая) наблюдается при 250-3500 С и повторным нагревом не устраняется. Для ее устранения требуется нагрев до температур выше 4000 С. Хрупкость при отпуске в интервале 250-3500 С связана с неоднородным по объему распадом мартенсита.
Обратимая отпускная хрупкость П рода наблюдается при отпуске ряда легированных сталей при их длительном пребывании в интервале температур 500 - 5500 С. Если охлаждение после отпуска проводить быстро, то отпускная хрупкость не появляется.
Наиболее вероятной причиной появления обратимой отпускной хрупкости является образование карбидов по границам зерен и повышенное содержание на границах зерен фосфора и других элементов, приводящие к более легкому зарождению трещин.
Обратимая отпускная хрупкость может быть устранена повторным нагревом до 600-6500 С и быстрым охлаждением.