Отпуска – сорбит отпуска
Все описанные процессы превращения закаленной стали при отпуске происходят внутри мартенситных пластин, а потому игольчатое строение структуры стали сохраняется до весьма высоких температур отпуска ~600 ОС.
При температуре отпуска свыше 600ОС начинают протекать рекристаллизационные процессы, приводящие к замене пластинчатой структуры феррита на равноосную.
Термическая обработка, состоящая из закалки и высокого отпуска, называется улучшением, которому подвергаются конструкционные стали, содержащие С=0,3–0,5 %.
Улучшаемые углеродистые (марок 35, 40, 45) и легированные (35Х, 40ХН и др.) стали используют для изготовления ответственных деталей машин (валов, роторов турбин, штоков, шатунов и др.), работающих в условиях циклических или ударных нагрузок.
Частицы карбидов в структуре троостита или сорбита после отпуска в отличие от троостита и сорбита, полученных в результате распада переохлажденного аустенита (см. рис. 3.4, б), имеют зернистое, а не пластинчатое строение. При одинаковой твердости и прочности сталь с зернистой структурой карбидных частиц отличается более высокой ударной вязкостью и пластичностью.
В целом с повышением температуры отпуска прочность и твердость стали уменьшаются, а пластичность увеличиваются.
По назначению термическая обработка подразделяется на предварительную и окончательную (табл.3.2).
Предварительная (разупрочняющая) термическая обработка в виде отжига или нормализации применяется для заготовок перед их механической обработкой резанием или холодной пластической деформацией, а также с целью подготовки структуры стали под последующую термическую обработку.
Окончательная (упрочняющую) термическая обработка в виде закалки и отпуска, применяется после механической обработки изделия для получения требуемой структуры, механических и эксплуатационных свойств
Таблица 3.2. Основные виды и режимы термической обработки углеродистых сталей и их структура
| Термообработка | Режимы термообработки | |||
| Вид | Разновидность | Т, ОС | Охлаждение | Структура |
| Доэвтектоидные стали | ||||
| Отжиг | Полный | АС3 + 30...50 | С печью до 550 ОС, далее на воздухе | Ф+П |
| Неполный | AС1 + 30...50 | |||
| Нормализация | АС3 + 50...70 | На воздухе | Ф+П | |
| Закалка | Полная | АС3 + 30...50 | В воде | М |
| Неполная | АС1 + 50...70 | В воде | М+Ф | |
| Частичная | АС3 + 30...50 | В масле | М+Т | |
| Отпуск | Низкий | 160...250 | На воздухе | MОТП |
| Средний | 350...500 | То же | ТОТП | |
| Высокий | 500...680 | То же | CОТП | |
| Заэвтектоидные стали | ||||
| Нормализация | Аcm + 30...50 | На воздухе | П+ЦII | |
| Отжиг | Неполный | АС1 + 10...30 | С печью до 550 ОС, далее на воздухе | П+ЦII |
| Закалка | Неполная | АС1 + 30...50 | В воде | М+ЦЗ +АОСТ |
| Отпуск | Низкий | 160...200 | На воздухе | МОТП+ЦЗ +АОСТ |
Обозначения: AС1, АС3, Аcm – критические температуры нагрева; Ф - феррит, П - перлит, С - сорбит, М - мартенсит, Т - троостит, ЦII - цементит вторичный, ЦЗ - цементит зернистый; АОСТ - остаточный аустенит, МОТП – мартенсит отпущенный.
Объект исследования: металлографические образцы из стали 40.
Критические точки для стали 40: Ас1=730°С, Ас3=800°С.
Таблица Результаты механических испытаний
| Вид ТО | tнагрева,°С | τвыдержки, мин. | Охл-ние | Твердость, НВ | KCU, Мдж/мм2 | σв, МПа | Ѱ, % | Излом | Микро-структура |
| Горячекатан. | воздух | 0,625 | Кристаллич. блестящий | Ф+П, видманштетт | |||||
| Отжиг | печь | 1,5 | Смешанный | Ф+П | |||||
| Нормализация | воздух | 1,375 | 55,5 | Смешанный | Ф+П | ||||
| воздух | 1,875 | Смешанный | Ф+П | ||||||
| воздух | 0,65 | Кристаллич. блестящий | Ф+П | ||||||
| Закалка | вода | М закалки+Ф | |||||||
| Закалка | вода | 0,125 | 0,4 | Фарфоровидный | М закалки | ||||
| Закалка 850°+ отпуск | вода | 0,6 | 0,68 | Фарфоровидный | М отпуска | ||||
| вода | 0,625 | Фарфоровидный | Троостит отпуска | ||||||
| вода | 2,43 | Фарфоровидный | Сорбит отпуска | ||||||
| вода | 1,97 | Фарфоровидный | Сорбит отпуска | ||||||
| Закалка 1050°+ отпуск | вода | 0,15 | Фарфоровидный | Троостит отпуска |
Вывод: пик σв наступает в режиме закалки от 850°С. В режиме отжига при 850°С это мех. свойство имеет минимальное значение.
Вывод: в режиме закалки при 850°С + отпуск 680°С значение Ѱ достигает своего максимума. В режиме закалки от 850°С это мех. свойство имеет минимальное значение.
Вывод: твердость достигает своего максимума в режиме закалки от 850°С. В режиме отжига при 850°С это мех. свойство имеет минимальное значение.
Вывод: в режиме закалки при 850°С + отпуск 680°С значение KCU достигает своего максимума. Своего минимума KCU достигает в режиме закалки от 850°С.
Вывод: с увеличением температуры отпуска значение σв сначала плавно уменьшается, затем достигает определённого минимума и начинает плавно увеличиваться.
Вывод: с увеличением температуры отпуска значение Ѱ увеличивается.
Вывод: с увеличением температуры отпуска значение твёрдости уменьшается.
Вывод: с увеличением температуры отпуска значение KCU увеличивается.
Сравнение твердости и структуры стали после закалки от 850°С и 750°С: твёрдость при закалке от 850°С выше, чем при закалке от 750°С.
В структуру стали при закалке от 750°С входит феррит, а при закалке от 850°С феррит отсутствует.
Ответы на контрольные вопросы
1.Что такое термическая обработка?
Термической обработкой называется совокупность операций нагрева, выдержки и охлаждения металлических сплавов, находящихся в твердом состоянии, с целью изменения их структуры и получения необходимых механических свойств – прочности, износостойкости, долговечности и др
2. На какой линии диаграммы Fe-Fe3C лежит критическая точка А3?
Критическая точка А3 лежит на линии GS диаграммы Fe-Fe3C
3. Какие бывают виды термической обработки?
Виды термической обработки: отжиг, нормализация, закалка, отпуск.
4. Как выбирают режимы проведения термической обработки доэвтектоидной и заэвтектоидной сталей?
В общем случае для доэвтектоидных (С <0,8 %) углеродистых нелегированных сталей температуру нагрева Тн под отжиг, нормализацию или закалку определяют исходя из положения критической точки А3 (линия окончания аустенитного превращения в доэвтектоидных сталях GS) по формуле 1:
При отжиге или нормализации заэвтектоидных сталей (С>0,8 %) температура нагрева выбирается точно также, однако, при нагреве под закалку, температуру определяют исходя из положения критической точки А1 (линия начала аустенитного превращения в заэвтектоидных сталях SK) по формуле 2
Такая закалка заэвтектоидной стали называется неполной. В результате этой закалки сталь приобретает структуру мартенсита с мелкодисперсными цементитными включениями, что придает стали повышенную твердость и износостойкость по сравнению со сталью, имеющей чисто мартенситную структуру.
5. Какую структуру имеет сталь 40 при нагреве до 850 0С?
Феррит + перлит
6. Какую структуру имеет сталь У8 при нагреве до 700 0С?
Аустенит
7.. Какую структуру имеет сталь У10 при нагреве до 780 0С?
При нагреве её до температуры 760-780 F 0B 0С получаем структуру аустенита и цементита первичного (Fe F 06 7+Fe3C). Происходит перестройка кристаллической решётки железа - кубическая объёмноцентрированная решётка переходит в гранецентрированную.
8 Как охлаждают сталь при отжиге?
9. С какой целью стали подвергают отжигу?
Цели отжига — снижение твёрдости для облегчения механической обработки, улучшение микроструктуры и достижение большей однородности металла, снятие внутренних напряжений.
10 Как охлаждают углеродистую сталь при закалке? 
11. С какой целью проводят закалку стали?
Основная цель закалки стали — получение высокой твердости, износостойкости и физико-механических свойств.
12. Каковы цели отпуска конструкционной стали?
Для конструкционной стали применяют высокий отпуск, потому что его основное назначение — получить наибольшую вязкость при достаточных пределах прочности и упругости стали.
13. Каковы цели отпуска инструментальной стали?
Низкий отпуск применяют к инструментальной стали, потому что твердость и прочность стали почти не изменяются, а пластичность и вязкость несколько повышаются.
Средний отпуск применяют, так как твердость стали заметно понижается, вязкость увеличивается. Применяют для инструмента, который должен иметь значительную прочность и упругость при средней твердости.
14. Что называется нормализацией и каково ее назначение?
Нормализация - термическая обработка, состоящая из нагрева выше температур АС3 или Асm на 30-50 ОС, выдержки и охлаждения на воздухе. Нормализацию проводят с целью устранения крупнозернистой структуры стали, полученной после литья или горячей деформации. По сравнению с отжигом при нормализации доэвтектоидной стали образуется более дисперсная (измельченная) феррито-перлитная структура, характеризующаяся несколько более высокой прочностью и твердостью. Для заэвтектоидных сталей нормализация применяется с целью устранения цементитной сетки
15. Какой вид отжига применяется для заэвтектоидной стали?
Неполный отжиг преимущественно применяется для заэвтектоидных сталей. Он состоит из нагрева выше температуры A1, но ниже Асm и приводит к образованию структуры зернистого перлита. Охлаждение должно быть медленным, чтобы обеспечить сфероидизацию и коагуляцию образовавшихся карбидов при охлаждении до 650-620 ОС. Структура зернистого перлита характеризуется низкой твердостью, высокой пластичностью и вязкостью. Полный отжиг для заэвтектоидных сталей с нагревом выше Аcm не применяется, так как он приводит к образованию карбидной сетки, которая сильно повышает хрупкость стали.
16. Какую структуру имеет доэвтектоидная сталь после закалки?
При неполной закалке доэвтектоидной стали структура ее состоит из феррита и мартенсита.
При полной закалке доэвктоидная сталь имеет структуру мартенсита.
17. Какую структуру имеет заэвтектоидная сталь после закалки?
Заэвтектоидные стали подвергают только неполной закалке на структуру матренсит+зернистый цементит+ Аост.