Розповім про випадок про відпустку стали з практики.
Якось раз здійснили ми прокатку металу із застосуванням технології «Контрольована прокатка з прискореним охолодженням» (КПУО). Що це таке, см. В статті контрольована прокатка. Загалом, прокатали сталь, і прокат гаряченький поїхав охолоджуватися водою в установці прискореного охолодження до потрібної температури. Далі все як годиться: прокат охолодили, поправили в правильній машині. Пора тепер і проби (див. Визначення нижче) від нього відбирати, щоб виготовити зразки (див. Визначення нижче) для механічних випробувань та й відправляти його скоріше далі за ворота.
Все зробили: проби відібрали, зразки з них виготовили і випробували. Прокат по результатам випробувань негідний: занадто міцний і замовнику, відповідно, непотрібний. А міцний, тому що сильно переохолодити: відбулося не просто прискорене охолодження, а «супер-прискорене», майже що гарт (див. Статтю про методи зміцнення).
Що тепер з прокатом робити? Давай-ка, думаємо, ми його в піч посадимо і відпустку проведемо (див. Визначення нижче).
Думаємо, що нагріємо, потримаємо при високій температурі - у нас міцність в результаті відпустки і зменшиться. Провели відпустку стали при температурах, скоріше, близьких до високому відпуску (тобто ближче до температур близько 650С [2, стор. 157]), відібрали проби, зробили зразки, випробували, а металу хоч би що: як був міцним - так міцним і залишився (див. рис.).
А ось далі зробили велику дурницю - посадили на відпустку з більш високою температурою і час витримки поміняли. Після випробувань вийшло, що міцність не тільки не впала, а ще й виросла (див. Рис).
А справа тут ось в чому.
Під час відпустки загартованої сталі одночасно протікають два процеси: разупрочнение (чого ми і чекали) і зміцнення за рахунок утворення карбідів при виділенні з твердого розчину карбидообразующих елементів.
Зміцнення під час відпустки стали
Фізика дисперсійного зміцнення полягає в тому, що дрібні частинки карбідів є перешкодами для руху дислокацій (див. Статтю про принципи утворення твердих розчинів). Утворюють ці частинки карбідообоазующіе елементи типу V, Nb, Cr, Mo, W, To, Zr [1, стор. 108].
Разупрочнение під час відпустки стали
Процес разупрочнения відбувається
- за рахунок розпаду пересиченого твердого розчину (карбидообразующие легуючі елементи йдуть з твердого розчину, утворюючи з'єднання, і дають більш спокійно дихати елементам, які залишилися в кристалічній решітці заліза, а значить, і рухатися дислокациям);
- за рахунок зменшення щільності дислокацій (дислокації різних знаків при зустрічаються і один одного знищують);
- перерозподілу дислокацій (шикуються в більш енергетично вигідні конфігурації, простіше кажучи, самоорганізуються і більше один одного не напружують). Це як якщо б під час зміни перед уроком фізкультури діти грали в «купу мала», а потім почався урок, і по свистку тренера всі вишикувалися в лад, відійшовши один від одного, щоб не зачіпати, і розрахувалися.
А тепер, питання.
Який же процес візьме верх?
Залежить це від правильно обраної температури і часу проведення відпустки стали.
Як видно з рис. нижче [1, стор. 114], процес разупрочнения йде завжди (крива 2), але після досягнення певних температур починається утворення карбідів, які зміцнені сталь (крива зміцнення 1), в результаті сумарна крива 3 (разупрочнение (2) + зміцнення (1 )) змінює свій хід.
Як тільки ми вибираємо температуру відпустки з більш високих температур, при яких виділяються карбіди, зміцнення (крива 1) робить внесок в сумарне зміна міцності (див. Пік на кривій 3).
При виборі ще більших температур ефект від зміцнення знижується. Відбувається це тому, що при більш високих температурах дифузія прискорюється (атоми починають бігати швидше), дислокації знищуються (анігілюють) і перебудовуються швидше, а маленькі карбіди коагулюють (збираються разом, як дві краплі води).
Великі частинки карбідів вже більше не є ефективним перешкодою для руху дислокацій. Як видно з того ж графіка, можливі два варіанти розвитку подій при збільшенні температури відпустки:
1. Зміцнення більше ніж разупрочнение (тоді ми можемо отримати на виході збільшення міцності): див. Малюнок а. Ось це якраз і був наш випадок: задрали температуру відпустки вгору в надії разупрочніть прокат, а отримали зворотний ефект: зміцнені в результаті виділення карбідів.
2. Зміцнення максимум, ніж разупрочнение - тоді ми просто спостерігаємо зміну ходу кривої, і на виході метал не зміцнює, але і в той же час просто даремно будемо намагатися збільшувати температуру відпустки: ефект від разупрочнения невеликий.
Ну ось і казки кінець!
А мораль казки така:
1. при виборі режиму відпустки потрібно враховувати дані про температури виділення карбідів;
2. перш ніж відпускати здоровенний шматок металу, стоітсначалапопробовать на маленьких пробах, вирізаних з нього ж. З них можна виготовити зразки і випробувати.
У наступній статті розповім казку про термомеханічну обробку (ТМО) і її види, так що, щоб не пропустити вихід статті, підписуйтесь на оновлення блогу.
Проба - частина виробу, призначена для виготовлення заготовок зразків для випробувань [3].
Заготівля - частина проби, оброблена або необроблена механічно, піддана, в разі необхідності, термічній обробці, призначена для виготовлення зразків для випробувань [3].
Зразки для випробувань - частина проби або заготовки певного розміру, оброблена або необроблена механічно і доведена до стану, необхідного для конкретного випробування [3].
Відпустка стали - нагрівання загартованої сталі нижче точки АС1 [2, стор. 147 і 4, стор. 206].
1. Гольдштейн М.І. Грачов С.В. Векслер Ю.Г. Спеціальні стали. Підручник для вузів. М: Металургія, 1985, 408 с.
2. Лахтін М.Ю. Основи металознавства. М. Металургія, 1988. 320 с.
3. ГОСТ 7564-97 Прокат. Загальні правила відбору проб, заготовок і зразків для механічних та технологічних випробувань
4. Гуляєв А.П. Металознавство. Підручник для вузів. 6-е видання. перераб. і доп. М: Металургія, 1986. 544.