Главная / Теория термической обработки металлов / Старение и отпуск / Отпуск / Возврат и рекристаллизация

Возврат и рекристаллизация

Возврат и рекристаллизация в α-фазе происходят в широком интервале температур отпуска. Развитие этих процессов сдерживается частицами карбидных выделений, закрепляющих отдельные дислокации, дислокационные стенки и высокоугловые границы. Закрепление слабее выражено в малоуглеродистых сталях, где соответствующие процессы изучены подробнее.

Нижнюю температурную границу возврата при отпуске трудно указать. Изменения дислокационной структуры α-фазы, отчетливо различимые при электронно-микроскопическом анализе, начинаются с температур около 400 °С.

Протяженность малоугловых границ в реечном мартенсите при температурах отпуска выше 400 °С в доли секунды резко падает. Одним из механизмов этого может быть «рассыпание» дислокационных стенок, о котором упоминалось при рассмотрении коалесценции субзерен во время отжига холоднодеформированного металла (смотрите Изменение структуры при дорекристаллизационном отжиге).

В первые моменты отпуска карбидные выделения еще малочисленны и поэтому не являются эффективными стопорами для малоугловых границ и отдельных дислокаций. Затем выделение большого числа карбидных частиц стабилизирует структуру матрицы. Вытянутость реек α-фазы в малоуглеродистых сталях сохраняется до высоких температур отпуска.

На отдельных стадиях высокотемпературного отпуска полигонизационная перестройка дислокационной структуры приводит к образованию малоугловых границ. Формирование центров рекристаллизации α-фазы и развитие их в рекристаллизованные зерна, подобно тому, как это происходит при первичной рекристаллизации холоднодеформированного металла, при отпуске сталей не наблюдались, несмотря на высокую плотность дислокаций в мартенсите.

После достаточно длительного отпуска при высоких температурах, когда в результате коагуляции цементитных частиц закрепление границ ослабевает, происходит рост зерен миграцией исходных высокоугловых границ. Микроструктура при этом теряет характерные морфологические признаки реечного мартенсита.

В высокоуглеродистых сталях из-за сильного торможения миграции границ частицами цементита рекристаллизационный рост зерен α-фазы идет еще труднее и «игольчатый» характер структуры сохраняется до температур отпуска около 650 °С.

Из сказанного видно, что при отпуске закаленной углеродистой стали протекают разнообразные процессы, которые по времени и температурному интервалу своего развития накладываются один на другой.

Все указанные выше температурные границы структурных изменений разного типа весьма условны. Они снижаются при увеличении продолжительности отпуска и смещаются вверх или вниз с изменением содержания углерода в стали.

Традиционно принято выделять три температурных интервала и соответствующие им три «превращения» при отпуске углеродистых сталей. Это подразделение, основанием для которого в свое время послужил анализ объемных изменений при отпуске, весьма условно, но как первое приближение его можно принять.

Первое «превращение» при отпуске относят к интервалу температур 100 — 200 °С. При этих температурах закаленный образец укорачивается. Так как из всех структурных составляющих стали наибольший удельный объем у мартенсита, то первое «превращение» связывают с его распадом.

Второе «превращение» при отпуске относят к интервалу температур 200 — 300 °С. При выдержке в этом интервале длина закаленных образцов средне- и высокоуглеродистых сталей увеличивается и тем больше, чем выше содержание углерода в стали.

Так как удельный объем аустенита наименьший и количество остаточного аустенита растет с увеличением содержания углерода в стали, то второе «превращение» связывают с его распадом. При этом, конечно, следует иметь в виду, что в температурном интервале второго «превращения» продолжается распад мартенсита.

Третье «превращение» при отпуске относят к интервалу температур 300 — 400 °С. В этом интервале температур сокращается длина образцов. Расчеты указывают на связь соответствующего объемного эффекта с заменой промежуточного карбида цементитом.

Структуру, получающуюся после отпуска стали при температурах ниже 300 °С, называют отпущенным мартенситом. Под микроскопом он отличается от мартенсита закалки большей травимостью из-за выделений карбидов. После отпуска при температурах 300 — 450 °С обнаруживается особенно сильно травящаяся игольчатая структура, которую называют трооститом отпуска.

В интервале температур 450 — 650 °С получается сорбит отпуска. Его двухфазное строение отчетливо выявляется при больших увеличениях светового микроскопа. Высокие температуры отпуска приводят к потере игольчатого вида сорбита, который приобретает явно точечное строение.

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