Вопрос № 31Отпуск. Структурные изменения при отпуске .

Вопрос № 30. Строение и ствойства мартенсита.

.Мартенсит — микроструктура игольчатого (пластинчатого) вида, а также реечного (пакетного) наблюдаемая в закалённыхметаллических сплавах и в некоторых чистых металлах, которым свойственен полиморфизм.

Строение и свойства:

Кристаллическая структура мартенсита тетрагональна, элементарная ячейка имеет форму прямоугольного параллелепипеда, атомы железа расположены в вершинах и центре ячейки, атомы углерода в объёме ячеек. Структура неравновесна, и в ней есть большие внутренние напряжения, что в значительной степени определяет высокую твёрдость и прочность сталей с мартенситной структурой.

При нагреве сталей с мартенситной структурой происходит диффузионное перераспределение атомов углерода. В стали возникают две фазы — феррит, содержащий очень мало углерода (до 0,02 %) и цементит (6,67 % углерода). Элементарная ячейка феррита имеет форму куба, атомы железа расположены в вершинах и в центре куба (объемноцентрированнаяструктура), цементит имеет ромбическую структуру. Элементарная ячейка цементита имеет форму прямоугольного параллелепипеда.

Кристаллическая решётка мартенсита связана постоянными кристаллографическими соотношениями с решёткой исходной структуры аустенита, то есть плоскости с определёнными кристаллографическими индексами в структуре мартенсита параллельны плоскостям с определёнными индексами в структуре аустенита. Соотношение между кристаллографическими направлениями в решётках мартенсита и аустенита аналогично.

Вопрос № 31Отпуск. Структурные изменения при отпуске.

В зависимости от температуры нагрева получаются три степени отпуска: 1) низкий отпуск - примерно до 200° нагрева, когда в стали преобладает отпущенный мартенсит; 2) средний отпуск, отвечающий температурам нагрева 200-450°, с преобладающим состоянием троостита-отпуска; 3) высокий отпуск - при нагревах выше 450° (до точки Aci), дающий состояние сорбита-отпуска.

 

Рассмотрим, каковы свойства и структуры сталей, отпущенных до каждой из указанных стадий. Для примера возьмем эвтектоидную сталь. Свойства и структура этой стали в закаленном на мартенсит состоянии были указаны выше. Это свойство главным образом преобладающего свеже-полученного (неотпущенного) мартенсита (тетрагонального или р-мартенсита) в смеси с небольшим количеством остаточного аустенита.

 

При низком отпуске (до 200°) этот мартенсит переходит в отпущенный, отличающийся от первого весьма незначительным изменением свойств, заметным иногда только при точных измерениях. Например, твердость его повышается всего на 2-3 единицы Rc; хрупкость остается по-прежнему значительной. Но все-таки в этом состоянии хрупкость меньше, так как нагрев до 200° снижает напряжения, полученные при закалке. В связи с этим в низкоотпущенной стали наблюдается повышение предела упругости и ударной вязкости.

 

Физические свойства также изменяются незначительно: удельный вес увеличивается (объем уменьшается), а электросопротивление и коэрцитивная сила уменьшаются. Наиболее заметно увеличивается растворимость в кислотах. Ввиду этого наблюдается и большая протравимость шлифа при выявлении структуры.

 

Эта разница в протравимости дает почти единственный признак для структурного отличия отпущенного мартенсита от неотпущенного, так как форма и расположение мартенситных пластин (иголочек) остаются неизменными. На фиг. 159 показана микроструктура одного и того же места закаленной на мартенсит стали до отпуска (а) и после (б). В первом случае иголочки и пластинки мартенсита светлее окружающего их аустенита, т. е. являются мало протрави-мыми, а во втором - те же иголочки (после одинакового времени травления) стали черными вследствие быстрого травления.

 

Итак, при низком отпуске закаленная на мартенсит сталь не претерпевает значительных изменений в свойствах и структуре, на начальной ординате показаны примерно свойства, присущие при обыкновенной температуре нераспавшемуся аустениту, и далее при небольшом нагреве изменение этих свойств при образовании мартенсита (переход в мартенсит при небольшом нагреве показан здесь условно; на самом деле, как известно, мартенсит получается в аустените уже при охлаждении во время закалки).

 

Для низкого отпуска (до 200°) не показаны изменения предела упругости (яе) и ударной вязкости (ак), которые могут колебаться иногда в значительной степени; и в общем здесь изображено схематически, что в первой стадии отпуска свойства стали существенно не изменяются.

При среднем отпуске (200-450°) в стадии троостита-отпуска свойства изменяются уже более существенно в сторону снижения твердости и прочности и повышения пластических характеристик (8 и ак).

 

Электросопротивление и коэрцитивная сила непрерывно и однозначно снижаются, а плотность и растворимость растут, достигая максимума к началу высокого отпуска.

Наряду с происходящими фазовыми и структурными превращениями второй стадии отпуска, вызывающими соответствующие изменения свойств, следует отметить еще большее (чем при низком отпуске) снижение напряжений от закалки, что также оказывает дополнительное влияние на состояние и свойства стали. Возможно влияние температуры отпуска на изменение физико-химических свойств стали.

 

 

Что же каоается структуры троостита-отпуска, то она, подобно трооститу-закалки, представляя чрезвычайно размельченную (высокодисперсную) смесь, не различима под оптическим микроскопом, но имеет такой же характерный признак - интенсивное (быстрое) потемнение шлифа при травлении.

 

Здесь только в отличие от троостита-закалки не бывает случаев одновременного присутствия участков (игл или сфероидов) троостита на мартенсите, и вся масса отпускаемого образца переходит полностью в состояние троостита отпуска; так что площадь шлифа при травлении равномерно и быстро темнеет.

 

При этом для тро-остита-отпуска характерно, что если в исходном мартенсите было явное игольчатое строение, то оно не утрачивается и при отпуске, и иногда бывает трудно решить по структуре, имеем ли мы троостит отпуска или мартенсит. Для разрешения вопроса следует обратить внимание на скорость потемнения шлифа при травлении или (если ьозможно) прибегнуть к определению твердости.

 

Относительно внутреннего строения троостита-отпуска нужно заметить, что хотя оно недоступно рассмотрению под оптическим микроскопом, но с помощью электронного микроскопа и другими методами удалось установить, что в нем имеются высокодисперсные карбидные выделения в форме округлых (точечных) образований.

Еще яснее такая округлая форма цементита была установлена в стадии высокого отпуска при нагревах выше 450°.

 

При этом отпуске, как сказано, мы имеем менее дисперсную смесь установившихся фаз: феррита и цементита, образующих сорбит отпуска. Происходящий при этом процесс коагуляции цементита все более приближает сплав к равновесному состоянию, и свойства соответственно претерпевают непрерывные изменения, приближаясь к свойствам, отвечающим отжигу стали.

 

Наиболее важным и интересным является изменение ударной вязкости стали. Оказывается, что в стадии сорбита-отпуска, особенно при повышенных температурах (-600-650°), ак получается выше, чем в отожженном (на перлит) состоянии. Если учесть, что прочность и твердость в состоянии сорбита-отпуска тоже выше, чем в отожженной стали, справа - данные, указанные для отжига), то можно заключить, что при высоком отпуске имеется лучшее по сравнению с отожженной сталью сочетание прочности и твердости с вязкостью (пластичностью).

 

Отсюда и возник термин улучшение стали. Под улучшением понимают термическую операцию, заключающуюся в закалке стали на мартенсит с последующим высоким отпуском на сорбит. Повышенная пластичность, и особенно ударная вязкость (ак), при улучшении (высоком отпуске) находит себе объяснение как раз в округленной (точечной) форме карбида, получаемой в сорбите отпуска.

 

Установлено, что при пластинчатой форме цементита, получаемой в сорбите-закалке, никогда не достигаются такие значения пластичности, вязкости, а также упругости, какие получаются при округленной форме карбида, где сопоставлены механические свойства одной и той же стали в состоянии сорбита-отпуска с точечным цементитом и сорбита закалки с пластинчатым цементитом; при этом сопоставление делается при равной твердости, свидетельствующей об одинаковой размельченное^TM сорбитных смесей, так что разница определяется влиянием только формы цементитных образований, а не их величины (размеров).

 

Здесь видно, насколько существенно состояние сорбита-отпуска (улучшения) превосходит состояние сорбита-закалки по os, Ь.Следует, однако, иметь в виду, что указанное преимущество сорбита-отпуска обусловливается, кроме его внутреннего строения (формы цементита), еще и тем, что при нагреве порядка около 600 уничтожаются полностью все напряжения от закалки, а также полностью произойдут рекристаллизационныв процессы, что также должно способствовать повышению пластичности высокоот-пущенной стали.

 

При нормализации же и получении пластинчатых структур закалки вследствие относительно быстрого охлаждения могут возникнуть и оставаться внутренние напряжения в стали.

Необходимо также обратить внимание на то, что глобулярная форма цементита может получаться при отпуске лишь в том случае, если исходить из мартенсита или смеси его с игольчатым трооститом.

 

Если же при закалке образовался троостит с пластинчатым цементитом (в точках Аг'), то пластинки не переходят в глобули и улучшения, свойственного сорбиту отпуска, не получится. Отсюда и является требование при улучшении: обязательная предварительная закалка на мартенсит, т. е. со скоростью охлаждения, близкой к критической {vKp) или выше ее.

 

Структура сорбита-отпуска, особенно после нагрева до температур, близких к точке Ас, уже может быть различима под микроскопом при больших увеличениях; она представляет дисперсные, округлые (точечные) образования цементита, густо рассеянные на феррите.

 

Несмотря на значительное удаление от состояния мартенсита в сорбите отпуска иногда тоже сохраняется мартенситная ориентировка, т. е. следы бывшего игольчатого строения исходного мартенсита.

 

В отличие от троостита сорбит-отпуска травится медленнее и не дает таких темных оттенков, в особенности в стадии наименьшей дисперсности смеси. Структура и свойства неэвтектоидных сталей при отпуске изменяются примерно аналогично эвтектоидным, но, конечно, с учетом того влияния, какое оказывает углерод на свойства и структуру сталей при закалке.

Поделиться:

Воспользуйтесь поиском по сайту: