3. Отпуск стали

Отпуск (tempering) является заключительной операцией тер­мической обработки, состоящей из нагрева стали ниже его крити­ческой точки А_с1 с последующим охлаждением, при котором фор­мируется окончательная структура стали. Отпуск проводится после операции закалки. Изменения в структуре при нагреве за­каленной стали приводят к изменению ее свойств (рис. 11.10).

Различают низкий, средний и высокий отпуск.

Низкий отпуск проводят при 150-200 °С. Целью низкого от­пуска является снижение внутренних напряжений и некоторое

уменьшение хрупкости мартен­сита при сохранении высокой твердости и износостойкости де­талей. Структура стали после низ­кого отпуска представляет собой мартенсит отпуска. Основная об­ласть применения низкого от­пуска - режущий и мерительный инструмент, а также машино­строительные детали, которые должны обладать высокой твердо­стью и износостойкостью.

КСи,МД*!м^г: HB Рис. 11.10. Изменение механических свойств закаленной стали, содержащей 0,4 % С, в зависимости от температуры

U50 ^отпУ^ска

-60	' нв	1	2А-
-kO	- J		1,6-
-го	каь		0,8 -
. 0	I	1 1 1	0 -

л 120 %

S- so ^ 40

350

250

150

300 № 500 600 t;c

Средний отпуск проводят при 350-450 °С. Цель среднего от­пуска состоит в некотором снижении твердости при значительном увеличении предела упругости. Структура стали представляет собой троостит отпуска, обеспечивающий высокие пределы проч­ности, упругости и выносливости, а также улучшение сопротив­ляемости действию ударных нагрузок.

Высокий отпуск проводят при 550-650 °С. Цель высокого от­пуска - достижение оптимального сочетания прочностных, пла­стических и вязких свойств. Структура стали представляет собой однородный сорбит отпуска с зернистым цементитом. Область применения высокого отпуска - конструкционные стали, детали из которых подвергаются воздействию высоких напряжений и ударным нагрузкам.

Термическая обработка, состоящая из закалки с высоким от­пуском, улучшающая общий комплекс механических свойств, является основным видом термической обработки конструкцион­ных сталей. Она называется улучшением.

До 200 Ш 600 отпуска ₀

Температуру отпуска обычно выбирают в зависимости от за­данной твердости. В этом случае изделие закаливают на макси­мальную твердость, а затем отпуском твер­дость снижают до заданной.

Изменение твердости при отпуске за­каленной углеродистой стали, содержащей

0. 8 % С, показано на рис. 11.11.

Вязкость сталей, особенно легирован­ных, зависит от режима отпуска: темпера­туры, времени выдержки и скорости охлаж-

Температура отпуска, С

Рис. 11.11. Зависимость твердости закаленной эвтек- тоидной углеродистой стали от температуры отпуска

Рис. 11.12. Влияние температуры отпуска и скорости охлаждения после отпуска на удар­ную вязкость хромокремнистой стали

' | | I I I

О 100 200 300 Ш 500 600 Температура отпусна°С

дения после отпуска (рис. 11.12). При определенных температурах и мед­ленном охлаждении в сталях появ­ляется отпускная хрупкость (temper brittleness).

Принято различать отпускную хрупкость I и II рода.

Отпускная хрупкость I рода (необратимая) наблюдается при отпуске как легированных, так и углеродистых сталей при темпе­ратуре около 300 °С (в интервале 250-400 °С).

Причина отпускной хрупкости I рода - неравномерность рас­пада мартенсита по границам и внутри зерна при отпуске. Вблизи границ карбиды выделяются интенсивнее, там создается кон­центрация напряжений, что делает границы зерен более хруп­кими. При повышении температуры отпуска или увеличении продолжительности нагрева структура по сечению зерна вырав­нивается, и отпускная хрупкость I рода устраняется. Повторный отпуск при температуре 250-400 °С не приводит к отпускной хрупкости.

Отпускная хрупкость II рода (обратимая) наблюдается при медленном охлаждении после отпуска при температурах 450- 550 °С. Этот вид отпускной хрупкости обратим, так как при по­вторном нагреве, но быстром охлаждении при этой же температу­ре он исчезает.

При медленном охлаждении по границам зерен успевают вы­делиться мелкие карбиды, фосфиды и нитриды, которые приво­дят к их охрупчиванию. При быстром охлаждении эти частицы не выделяются.

Этот вид хрупкости характерен для легированных сталей, причем чаще наблюдается в сталях с повышенным содержа­нием хрома и марганца. Введение в сталь даже небольших количеств молибдена (0,2-0,3 % Мо) или вольфрама (0,6- 1,0 % W) резко снижает склонность к отпускной хрупкости

2. рода.

Мерами борьбы с отпускной хрупкостью II рода являются ох­лаждение после отпуска не на воздухе, а в масле, а для крупных деталей — даже в воде, а также дополнительное легирование стали молибденом или вольфрамом.

ПОВЕРХНОСТНОЕ УПРОЧНЕНИЕ СТАЛЬНЫХ ИЗДЕЛИЙ

1. УПРОЧНЕНИЕ ПОВЕРХНОСТИ МЕТОДОМ ПЛАСТИЧЕСКОГО ДЕФОРМИРОВАНИЯ

Эффективными способами упрочнения поверхностного слоя яв­ляются дробеструйная обработка, позволяющая прорабаты­вать стальные детали на глубину до 0,7 мм, и обкатка поверхно­сти роликами на глубину до 15 мм. При этом происходит наклеп поверхности детали, позволяющий повысить ее усталостную прочность без изменения материала и режима термической обра­ботки. Наклепу подвергают готовые детали, прошедшие механи­ческую и термическую обработку.

При дробеструйной обработке на поверхность деталей из спе­циальных дробеметов с большой скоростью направляют поток стальной или реже чугунной дроби диаметром 0,5-1,5 мм. Удары дроби вызывают пластическую деформацию поверхностного слоя, вследствие чего он становится более твердым. В нем создаются остаточные напряжения сжатия, и тем самым повышается уста­лостная прочность. Если в поверхностном слое присутствует оста­точный аустенит, то благодаря наклепу происходит его фазовое превращение с образованием мартенсита, что дополнительно уве­личивает твердость и износостойкость. Благодаря дробеструйной обработке сглаживаются мелкие поверхностные дефекты, являю­щиеся концентраторами напряжений.

Дробеструйной обработке подвергают поверхность рессор и пру­жин, зубчатых колес, звеньев гусениц, гильз и поршней. В результа­те дробеструйной обработки предел выносливости рессор увеличива­ется в 1,5 раза и в несколько раз возрастает их долговечность.

Обкатку роликами проводят с помощью специальных приспо­соблений на обычных токарных или строгальных станках. Давле­ние на ролики осуществляется гидравлически или с помощью пружин. Обкатку роликами применяют для обработки шеек ва­лов, осей железнодорожных вагонов, коленчатых валов и других деталей. Помимо упрочнения обкатка повышает чистоту обраба­тываемой поверхности.