Отпуск.

Отпуск является окончательной термической обработкой.

Целью отпуска является повышение вязкости и пластичности, снижение твердости и уменьшение внутренних напряжений закаленных сталей. Температуру отпуска выбирают, исходя из требуемой прочности конкретной детали.

1. Низкий отпуск с температурой нагрева Т_н = 150…300^oС.

В результате его проведения частично снимаются закалочные напряжения. Получают структуру – мартенсит отпуска. Проводят для инструментальных сталей; после закалки токами высокой частоты; после цементации.

2. Средний отпуск с температурой нагрева Т_н = 300…450 °С.

Получают структуру – троостит отпуска, сочетающую высокую твердость 40…45HRC c хорошей упругостью и вязкостью. Используется для изделий типа пружин, рессор.

3. Высокий отпуск с температурой нагрева Т_н = 450…650^oС..

Получают структуру, сочетающую достаточно высокую твердость и повышенную ударную вязкость (оптимальное сочетание свойств) – сорбит отпуска. Используется для деталей машин, испытывающих ударные нагрузки. Комплекс термической обработки, включающий закалку и высокий отпуск, называется улучшением.

Отпускная хрупкость.

Обычно с повышением температуры отпуска ударная вязкость увеличивается, а скорость охлаждения не влияет на свойства. Но для некоторых сталей наблюдается снижение ударной вязкости. Этот дефект называется отпускной хрупкостью (рис. 14.2).

Рисунок14.2 – Зависимость ударной вязкости от температуры отпуска

Отпускная хрупкость I рода наблюдается при отпуске в области температур около 300^oС. Она не зависит от скорости охлаждения.Это явление связано с неравномерностью превращения оппущенного мартенсита. Процесс протекает быстрее вблизи границ зерен по сравнению с объемами внутри зерна. У границ наблюдается концентрация напряжений, поэтому границы хрупкие.

Отпускная хрупкость I рода «необратима», то есть при повторных нагревах тех же деталей не наблюдается.

Отпускная хрупкость II рода наблюдается у легированных сталей при медленном охлаждении после отпуска в области 450…650^oС. При высоком отпуске по границам зерен происходит образование и выделение дисперсных включений карбидов. Приграничная зона обедняется легирующими элементами. При последующем медленном охлаждении происходит диффузия фосфора к границам зерна. Приграничные зоны обогащаются фосфором, снижаются прочность и ударная вязкость. Этому дефекту способствуют хром, марганец и фосфор. Уменьшают склонность к отпускной хрупкости II рода молибден и вольфрам, а также быстрое охлаждение после отпуска.

Отпускная хрупкость II рода «обратима», то есть при повторных нагревах и медленном охлаждении тех же сталей в опасном интервале температур дефект может повториться.

Моделирование процесса термообработки.

Разработка новых и совершенствование существующих технологических процессов термообработки металлических изделий различных отраслей техники связано с большими трудностями ввиду большого количества влияющих факторов и необходимости применения разрушающих методов контроля.

Одним из эффективных направлений решения данной проблемы является применение методов компьютерного моделирования, с помощью которых возможно получение максимального объема информации об изучаемом процессе при минимуме дорогостоящих экспериментальных исследований.

Наиболее перспективным при решении вышеперечисленных задач является применение математических моделей, построенных на основе метода конечных элементов.

Существующие программные комплексы ANSYS, MSC. MARC, DEFORM-3D, ThermoSim, SYSWELD ориентированы для решения указанных задач.

Общим для них является решение методом конечных элементов уравнения теплопроводности с граничными и начальными условиями, определение температуры, расчет фазового состава путем аппроксимации термокинетической диаграммы распада аустенита.

Рисунок14.3 – Скриншот программы для моделирования процессов термической обработки, построенный на основе метода конечных элементов THERMOSIM (Белорусский государственный университет информатики и радиоэлектроники)