Возврат и рекристаллизация матрицы
При отпуске закаленной стали проходят процессы возврата*(Возврат - снятие искажений решетки в процессе нагрева деформированного металла. В результате этого процесса твердость и прочность несколько снижаются, а пластичность возрастает.) и рекристаллизации, аналогичные протекающим при нагреве холоднодеформированной стали. Различие обусловлено разницей исходной структуры. Плотность дислокаций закаленной стали, как и холоднодеформированной, высокая (108 – 1010, мм-2), однако в мартенсите отсутствует ячеистая структура, а дислокации распределены относительно равномерно; для такой структуры характерно множество границ между мартенситными кристаллами. Все это, а также выделение карбидной фазы при отпуске накладывают свои особенности на процессы возврата и рекристаллизации мартенситной матрицы.
По мере повышения температуры отпуска закаленной стали в тонкой структуре происходит перераспределение и аннигиляция дислокаций, выстраивание дислокаций в стабильные стенки, возникновение субзерен, образование полигональной структуры (полигонизация – это процесс, при котором беспорядочно расположенные внутри зерна дислокации собираются, образуя стенку и создавая ячеистую устойчивую структуру) и начало рекристаллизации. Температурный интервал каждого из этих процессов и степень его реализации находятся в прямой связи с устойчивостью сегрегаций атомов примесей, типом, количеством и характером выделения карбидных (нитридных) фаз при отпуске и их влиянием на блокирование дефектов кристаллического строения.
|
|
|
Характер перестройки структуры при отпуске находится в прямой связи с влиянием примесей и выделений на блокирование дефектов кристаллического строения.
Дисперсионное упрочнение
При отпуске закаленной легированной стали протекают два противоположных по влиянию на прочность процесса: разупрочнение вследствие распада мартенсита и упрочнение в результате выделения дисперсных частиц специальных карбидов. Дисперсные карбидные частицы повышают предел текучести стали (твердость, временное сопротивление), так как являются эффективными препятствиями на пути движения дислокаций. Эффективность упрочнения обусловливается количественным соотношением процессов разупрочнения и упрочнения.
Для дисперсных частиц определенного фазового состава соотношение между упрочнением и разупрочнением, т.е. результирующая прочность, будет зависеть от содержания легирующего элемента, образующего дисперсную упрочняющую фазу. Чем больше такого элемента выделяется в виде дисперсной фазы (при сохранении ее размеров), тем больше упрочнение преобладает над разупрочнением.
|
|
|
Если рассматривать влияние легирующего элемента на прочность легированной стали после закалки и отпуска, то можно отметить следующее. В стали без легирующего элемента упрочнение благодаря выделению его карбида отсутствует. Если сталь легирована недостаточно, то эффект упрочнения от выделения дисперсных частиц равен разупрочнению вследствие распада мартенсита. При большем содержании легирующего элемента эффект упрочнения больше, чем разупрочняющее влияние и на кривых упрочнения легированной стали наблюдается повышение прочности, которое называют пиком вторичной твердости.
Минимальная концентрация карбидообразующего элемента, при которой упрочнение преобладает над разупрочнением, зависит от содержания углерода и типа образуемого карбида.
Для разных содержаний элементов, образующих дисперсную упрочняющую фазу, кривые изменения прочности однотипны. Различие проявляется в том, что при большем количестве дисперсных частиц на кривых наблюдается максимум вторичной твердости, а при малом количестве его нет, но при этом происходит замедление падения прочности. В первом случае явление повышения прочности носит термин дисперсионное твердение, а во втором – дисперсионное упрочнение.
|
|
|
Термин «дисперсионное упрочнение» применим к процессам, при которых выделяется любое количество дисперсионных упрочняющих частиц, термин «дисперсионное твердение» - лишь к процессам с таким количеством частиц, при котором появляется пик вторичной твердости.
Явление дисперсионного упрочнения при отпуске протекает в сталях, легированных сильными карбидообразующими элементами: хромом, молибденом, вольфрамом, ванадием, ниобием, титаном, цирконием, а также в сталях, в которых упрочняющими фазами являются также нитриды и интерметаллиды.
Пик вторичной твердости может быть обусловлен и дисперсионным упрочнением и вторичной закалкой (превращением при отпуске остаточного аустенита в мартенсит). Такое явление наблюдается, например, при отпуске быстрорежущих сталей.
Отпускная хрупкость стали
Конструкционные стали, подвергаемые закалке и отпуску, имеют склонность к отпускной хрупкости.
После отпуска при определенных температурах и условиях наблюдается повышение температуры вязко – хрупкого перехода. На многих сталях охрупчивание наблюдается и по снижению ударной вязкости. Однако изменение температуры перехода является более надежным критерием склонности стали к отпускной хрупкости.
|
|
|
Различают два рода отпускной хрупкости:
- отпускная хрупкость первого рода (необратимая), проявляется при отпуске при t ок. 300 оС;
- отпускная хрупкость второго рода (обратимая), обнаруживается после отпуска выше 500 оС.
Отпускная хрупкость первого рода (необратимая) присуща практически всем сталям, углеродистым и легированным, после отпуска в области температур 250 – 400 оС. Повторный отпуск при более высокой температуре (400 – 500 оС) снимает хрупкость, и сталь становится к ней не склонной даже при отпуске вновь в район опасных температур. В связи с этим этот род хрупкости носит название необратимой. Этот род хрупкости не зависит от скорости охлаждения после отпуска.
Легирующие элементы, за исключением Si, не влияют на развитие хрупкости первого рода. Si сдвигает интервал развития хрупкости в область более высоких температур отпуска (350 – 450 оС). Высокотемпературная термомеханическая обработка (ВТМО) уменьшает склонность к отпускной хрупкости. На практике для исключения охрупчивания стали избегают проведения отпуска в области опасных температур.
Наиболее вероятной причиной необратимой отпускной хрупкости является выделение карбидных фаз по границам зерен на начальных стадиях распада мартенсита. Вследствие этого создается неоднородное состояние твердого раствора, возникают пики напряжений, и сопротивление разрушению по границам зерен заметно меньше, чем по телу зерна, происходит межкристаллитное разрушение.
Отпускная хрупкость второго рода (обратимая) может быть устранена повторным отпуском с быстрым охлаждением и вызвана вновь высоким отпуском с последующим медленным охлаждением. Развитие обратимой отпускной хрупкости не сопровождается какими – либо изменениями других механических свойств, а также видимыми структурными изменениями. Но при травлении шлифов наблюдается повышенная травимость по границам аустенитных зерен. По этим границам происходит межзеренное хрупкое разрушение.
Легирование стали Cr, Ni, Mn усиливает отпускную хрупкость. Особенно сильно охрупчивается сталь при совместном легировании Cr + Ni, Cr + Mn, Cr + Mn + Si и т.п.
Введение до 0,4 – 0,5 % Mo и до 1,2 – 1,5 % W уменьшает, а иногда полностью подавляет склонность стали к обратимой отпускной хрупкости; при более высоком содержании этих элементов хрупкость вновь усиливается.
Установлена связь обратимой отпускной хрупкости с обогащением границ зерен примесями: фосфором, сурьмой, мышьяком, оловом. Наиболее сильное влияние оказывает сурьма.
Хром, никель, марганец значительно увеличивают термодинамическую активность примесей и их приток к границам. Молибден и вольфрам при оптимальном содержании такого действия не оказывают.
Методы борьбы с обратимой отпускной хрупкостью:
- легирование стали молибденом (0,2 – 0,4 %) или вольфрамом (0,6 – 1,2%);
- ускоренное охлаждение (вода или масло) после высокого отпуска;
- снижение содержания вредных примесей, особенно фосфора и сурьмы.
Применение вместо обычной закалки ВТМО позволяет подавить склонность как к необратимой, так и к обратимой отпускной хрупкости. Причина такого влияния ВТМО состоит в том, что при такой обработке увеличивается протяженность границ благодаря образованию зубчатых большеугловых границ и развитой структуры, вследствие чего уменьшается сегрегация примесей и возрастает прочность межзеренного сцепления.
Дата добавления: 2018-06-01; просмотров: 349; Мы поможем в написании вашей работы! |
Мы поможем в написании ваших работ!