1.2. Влияние температуры отпуска на превращение мартенсита закалки

Для повышения вязкости закалённых сталей выполняется дополнительная термическая операция, называемая отпуском. Это нагрев стали до температур ниже линии А₁, при которых неравновесное состояние – мартенсит закалки – претерпевает диффузионное превращение в более устойчивое состояние.

При нагреве до 200 °С частично снимаются внутренние напряжения, так как внутри твёрдого раствора незначительное количество углерода, взаимодействуя с железом, образует ε-карбид (Fе_XС, где X = 2,0–2,4), а содержание углерода в основном объёме мартенсита снижается. Это приводит к повышению вязкости стали практически без разупрочнения, т. е. без снижения прочности и твёрдости. Полученную структуру называют мартенситом отпуска.

При среднем (300 – 400 °С) и высоком (500 – 600 °С) отпусках мартенсит закалки распадается на феррит и цементит. В совокупности свойства этих фаз обусловливают разупрочнение стали. Вязкость же стали существенно возрастает. Структура, полученная средним отпуском, называется трооститом отпуска – мелкодисперсная ферритоцементитная смесь. При высоком отпуске происходит укрупнение (коагуляция) цементитных частиц за счёт растворения более мелких. Эта структура имеет название сорбит отпуска – дисперсная ферритоцементитная смесь. В обеих структурах цементит имеет форму, близкую к округлой (зернистую) и эти структуры характеризуются диаметром цементитных частиц D.

1.3. Влияние температуры отжига на структуру и свойства стали

Рис. 4.6.3. Микроструктура стали 45 до отжига (а) и после отжига (б)

Микрошлиф 1 – сталь 45 после полного отжига (температура нагрева 860 °С). При нагреве создаётся мелкое зерно аустенита, а при по­следующем охлаждении из него образуются мелкие равноосные (округлой формы) зёрна феррита и пластинчатого перлита (рис. 4.6.3б). Такая структура обеспечивает твёрдость стали 1900 НВ и ударную вязкость КСU = 0,5 МДж/м².

Микрошлиф 2 – сталь 45 после отжига (температура нагрева 1000 °С – перегрев). При перегреве зерно аустенита укрупняется и при охлаждении из него образуется весьма характерная структура, состоящая из крупных зерен перлита и игольчатых выделений феррита – структура видманштетта (рис. 4.6.4). Твёрдость стали такая же, как у микрошлифа 1, а ударная вязкость КСU = 0,1 МДж/м².

а) б)

Рис. 4.6.4. Структура (а) и схема (б) микроструктуры видманштетта

Снижение ударной вязкости обуславливается разрушением стали по малопрочным игольчатым выделениям феррита. Наличие структуры видманштетта в стали является браковочным критерием заготовок и деталей. Структура видманштетта устраняется отжигом или нормализацией с правильной температурой нагрева.

Микрошлиф 3 – сталь У8А после сфероидизирующего отжига (температура нагрева 740–780 °С).

При последующем медленном охлаждении до 700–650 °С и дальнейшем охлаждении на воздухе из аустенита образуется ферритоцементитная структура с зернистой формой цементита – зернистый перлит (рис. 4.6.5).

Рис. 4.6.5. Структура а – пластинчатого, б – зернистого перлита

Этому виду отжига подвергают заэвтектоидную и эвтектоидную сталь. Заэвтектоидная сталь со структурой зернистого перлита обладает, по сравнению со сталью с пластинчатым перлитом более низкой твердостью: 1600–1800 HB для стали с зернистым перлитом и 1800–2500 HB с пластинчатым перлитом.