Главная / Теория термической обработки металлов / Старение и отпуск / Отпуск / Структурные изменения при отпуске сталей

Структурные изменения при отпуске сталей

Структура закаленной стали метастабильна. При нагревании после закалки вследствие увеличивающейся подвижности атомов создаются условия для процессов, изменяющих структуру стали в направлении к более равновесному состоянию.

Характер этих процессов определяется тремя важнейшими особенностями строения закаленной стали: сильной пересыщенностью твердого раствора — мартенсита, повышенной плотностью в нем дефектов кристаллической решетки — дислокаций, малоугловых и высокоугловых границ, двойниковых прослоек и присутствием во многих сталях значительных количеств остаточного аустенита.

Распад мартенсита с выделением карбидов — главный процесс при отпуске сталей. Закономерности распада мартенсита во многом сходны с закономерностями распада пересыщенного раствора при старении сплавов, подвергающихся закалке без полиморфного превращения.

Распад мартенсита в зависимости от температуры и продолжительности отпуска проходит через стадии предвыделения, выделения промежуточных метастабильных карбидов, выделения цементита и коагуляции.

Повышенная плотность дислокаций из-за дополнительной деформации во время мартенситной перестройки решетки делает субструктуру мартенсита похожей на субструктуру наклепанного металла (смотрите Механизм мартенситного превращения и Микроструктура и субструктура сплавов, закаленных на мартенсит). В результате при отпуске создается стимул к развитию полигонизации и рекристаллизации.

К процессам отпуска будем относить совокупность любых структурных изменений при нагреве после закалки на мартенсит, а не только распад пересыщенного раствора. Тогда нагрев после закалки чистых полиморфных металлов, в которых прошло мартенситное превращение, и сплавов, в которых мартенсит не является пересыщенным раствором (например, закаленный сплав С0 на рисунке Участок диаграммы состояния системы), тоже следует относить к отпуску.

Во всех таких материалах при мартенситном превращении возникает повышенная плотность дислокаций, в результате чего оказывается возможным проводить отпуск, при котором структурные изменения состоят только из полигонизационных и рекристаллизационных процессов.

Этим отпуск принципиально отличается от старения, которое применимо лишь к сплавам, содержащим пересыщенный твердый раствор.

Повышенная плотность дефектов решетки в закаленных сталях не только предопределяет развитие процессов возврата и рекристаллизации, но и сильно влияет на распад мартенсита при отпуске.

Наконец, структурные изменения при отпуске могут осложняться распадом остаточного аустенита.

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

Изменение свойств легированных сталей

Легирующие элементы, затрудняющие распад мартенсита и коагуляцию карбидов (смотрите Структурные изменения при отпуске сталей), смещают температурную границу начала интенсивного разупрочнения при отпуске с 200 — 300 до 450 — 550 °С. Повышение красностойкости закаленной стали, т. е. способности ее сопротивляться смягчению при нагревании, — одна из основных целей легирования в производстве инструмента. Для конструкционных легированных…

Отпускная хрупкость

Отпускная хрупкость присуща многим сталям. Сталь в состоянии отпускной хрупкости характеризуется низкой ударной вязкостью. На других механических свойствах при комнатной температуре состояние отпускной хрупкости практически не сказывается. На рисунке схематично показано влияние температуры отпуска на ударную вязкость легированной стали, в сильной степени склонной к отпускной хрупкости. Во многих легированных сталях наблюдаются два температурных интервала отпускной…

Изменение свойств мартенситно-стареющих сталей

Характер зависимости механических свойств мартенситно-стареющих сталей от температуры отпуска такой же, как у всех дисперсионно-твердеющих сплавов: рост прочностных свойств, достижение максимума упрочнения и затем разупрочнение. По аналогии со старением можно выделить стадии упрочняющего и разупрочняющего отпуска. Упрочнение вызвано образованием сегрегаций на дислокациях и, главное, частично когерентных выделений промежуточных фаз типа Ni3Ti и Ni3Mo. Разупрочнение связано,…

Влияние легирующих элементов

Диффузионная подвижность атомов легирующих элементов, растворенных в α-железе по способу замещения, на много порядков ниже, чем диффузионная подвижность атомов углерода, который растворен в железе по способу внедрения. При температурах отпуска ниже примерно 450 °С в матрице не происходит диффузионного перераспределения легирующих элементов: из α-раствора выделяются карбиды железа, в которых концентрация легирующих элементов такая же, как…

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…