4.6 Превращение мартенсита и остаточного аустенита при нагреве (отпуск стали)

Нагрев закаленной на мартенсит стали до температуры ниже точки А₁ называется отпуском.

Закалочные структуры – мартенсит и остаточный аустенит – неустойчивые.

При нагреве атомы приобретают диффузионную подвижность, появляются условия для перестройки структуры в более равновесную.

Главным процессом при отпуске является выделение углерода из пересыщенного - раствора в виде карбидов.

Различают 4 превращения при отпуске.

I превращение (распад мартенсита) – происходит в интервале температур ~ 100-350⁰С. Углерод в этом интервале температур из мартенсита выделяется в виде промежуточного - карбида железа (Fe_xC – вероятно, Fe_2,3C). Эти карбиды отличаются от цементита не только химическим составом, но и кристаллическим строением: у - карбида гексагональная, а у цементита – ромбическая решетка. Кристаллическая решетка - карбида когерентно связана с - раствором, что облегчает появление такого карбида, которые имеют вид дисперсных пластинок или стержней, и видны только при больших увеличениях на электронном микроскопе.

Чем выше температура нагрева в этом (100-350⁰С) интервале, тем больше выделяется частиц - карбида, а также наблюдается некоторый рост этих частиц, при этом все меньше остается углерода в - растворе (мартенсите). При температуре 300⁰С, например, в - растворе остается 0,1% С.

Структура, получающаяся при отпуске до 350⁰, называется отпущенным мартенситом, который отличается от мартенсита закалки меньшей концентрацией углерода в пересыщенном - растворе и наличием дисперсных кристалликов - карбида, когерентно связанных с решеткой мартенсита.

Обеднение раствора углеродом приводит к тому, что степень его тетрагональности с/а постепенно уменьшается и при 300-350⁰С становится практически равной единице, как в кубической решетке. Однако решетка - раствора остается упруго искаженной и отличается повышенной плотностью дефектов строения.

II превращение (превращение остаточного аустенита) – наблюдается в тех сталях, где после закалки получается достаточное количество остаточного аустенита. Температурный интервал 2 превращения – 200-300⁰С, т.е. второе превращение накладывается на первое. При этих температурах остаточный аустенит превращается в нижний бейнит, который представляет собой те же фазы, что и отпущенный мартенсит (обедненный углеродом мартенсит и - карбиды), но имеет несколько другую структуру этих фаз.

III превращение (снятие внутренних напряжений и карбидное превращение) – происходит при температурах 350-400⁰С: а) Полностью завершается процесс выделения углерода из - раствора (мартенсита), б) - карбид превращается в цементит Fe₃C, в) В связи с карбидным превращением нарушается когерентность решетки карбидов и - железа (феррита). Получается очень мелкая смесь феррита с цементитом, которая называется трооститом отпуска.

IV превращение (коагуляция карбидов) – происходит при температурах от 400 до А₁ (727⁰С). Протекает процесс коагуляции и сфероидизации карбидов – цементитные включения становятся крупнее и приобретают округлую форму. В температурном интервале 400-500⁰С феррито-цементитная смесь еще очень мелкая и называется трооститом отпуска, при 500-600⁰С укрупненная смесь (Ф+Ц) называется сорбитом отпуска, а свыше 600⁰ до точки А₁ – грубая смесь (Ф+Ц) называется зернистым перлитом. От соответствующих структур (троостита закалки, сорбита закалки, пластинчатого перлита), полученных из аустенита (см. диаграмму изотермического превращения аустенита), отпускные структуры отличаются формой цементитных включений. Закалочные структуры имеют пластинчатый характер, а отпускные – зернистый. Зернистые отпускные структуры имеют лучший комплекс механических свойств: при одинаковой твердости и прочности отпускные структуры имеют более высокую пластичность и вязкость по сравнению с закалочными. Сорбит отпуска имеет наиболее высокую вязкость из всех структур. Даже зернистый перлит имеет более низкие показатели а_н, чем сорбит отпуска.