Главная / Теория термической обработки металлов / Старение и отпуск / Отпуск / Отпуск мартенситностареющих сталей

Отпуск мартенситностареющих сталей

Мартенситностареющие стали — это безуглеродистые сплавы на базе системы Fe — Ni, легированные дополнительно кобальтом, молибденом, титаном и другими элементами.

Типичный пример — сплав железа с 17 — 19% Ni, 7 — 9% Со, 4,5 — 5% Мо и 0,6 — 0,9% Ti (Н18К9М5Т). Сплавы этого типа после воздушной закалки на мартенсит подвергают отпуску при 480 — 500 °С.

Отпуск приводит к сильному дисперсионному твердению вследствие выделения интерметаллидов из мартенсита, пересыщенного легирующими элементами. По аналогии с дисперсионным твердением алюминиевых, медных и других сплавов этот процесс термообработки был назван старением, а так как исходной структурой является мартенсит, то сами стали были названы мартенситностареющими.

Ранее (Закалка с обработкой холодом) было условлено термин «старение» применять только к сплавам, подвергаемым закалке без полиморфного превращения, а термин «отпуск» — ко всем сплавам, закаливаемым на мартенсит. Чтобы не нарушать принятой классификации и единства терминологии, будем относить процессы распада мартенсита в мартенситностареющих сталях к отпуску, хотя сочетание слов «отпуск мартенситностареющих сталей» является не лучшим вариантом.

В структуре промышленных мартенситностареющих сталей на стадии максимального упрочнения находятся частично когерентные выделения промежуточных метастабильных фаз Ni3Mo и Ni3Ti или Ni3 (Mo, Ti). Фаза Ni3Ti с г. п. решеткой подобна гексагональному ε-карбиду в углеродистых сталях. Как и частицы ε-карбида, выделения Ni3Ti в мартенситностареющих сталях ориентированы по отношению к мартенситу так, что (0001)Ni3Ti || (011) м.

Для практики особенно ценно, что частицы промежуточных интерметаллидов в мартенситностареющих сталях очень дисперсны. Это в значительной мере обусловлено выделением их на дислокациях.

Структура мартенситностареющих сталей характеризуется высокой плотностью дислокаций, появляющихся при мартенситной перестройке решетки. В реечном (недвойникованном) мартенсите плотность дислокаций измеряется величиной порядка 1011 — 1012 см—2, т. е. такой же, как в сильно наклепанном металле. Этим субструктура мартенситностареющих сталей в закаленном состоянии резко отличается от субструктуры алюминиевых, медных и других сплавов, подвергаемых закалке без полиморфного превращения.

Предполагают, что при отпуске мартенситностареющих сталей выделению промежуточных фаз предшествует сегрегация атомов легирующих элементов на дислокациях. Атмосферы на дислокациях служат центрами последующего концентрационного расслоения мартенсита, пересыщенного легирующими элементами.

В мартенситностареющих сталях дислокационная структура, сформировавшаяся в процессе мартенситного превращения, очень устойчива во время последующего нагревания и практически не меняется при оптимальных температурах отпуска (480 — 500 °С). Сохранение высокой плотности дислокаций в течение отпуска может быть в значительной мере обусловлено закреплением дислокаций дисперсными выделениями.

Длительная выдержка при отпуске на более высокие температуры (550 °С и выше) приводит к огрублению выделений и увеличению межчастичного расстояния. Одновременно снижается плотность дислокаций. При длительных выдержках полукогерентные выделения промежуточных интерметаллидов сменяются более грубыми некогерентными выделениями стабильных фаз Лавеса типа Fe2Ni и Fe2Mo.

В мартенситностареющих сталях при повышении температуры отпуска (выше ~ 500 °С) может произойти обратное мартенситное превращение α → γ, так как точка Ан близка к оптимальным температурам отпуска (смотрите рисунок Зависимость температур начала мартенситного превращения). Образование аустенита сопровождается растворением интерметаллидов, ранее выделившихся из α-фазы.

«Теория термической обработки металлов»,
И.И.Новиков