Процессы, протекающие в закаленной стали при отпуске

Структура стали после закалки обычно состоит из мартенсита и небольшого количества остаточного аустенита, причем кристаллическая решетка мартенсита искажена. Как мартенсит, так и аустенит являются неустойчивыми структурами. Длительное пребывание закаленной стали даже при комнатной температуре вызывает в ней структурные превращения. Например, если выдерживать закаленную сталь при температуре 20° в течение 40 месяцев, то содержание углерода в мартенсите уменьшится с 1,35 до 1,02%. Нагрев значительно ускоряет структурные превращения в закаленной стали. При отпуске закаленной стали в ее структуре происходят следующие превращения:

1) кристаллическая решетка мартенсита принимает правильную форму куба;

2) остаточный аустенит превращается в мартенсит;

3) мартенсит распадается на механическую смесь феррита и цементита;

4) образовавшиеся частицы цементита коагулируют (разрастаются и приобретают округлую форму).

Эти превращения накладываются друг на друга, поэтому трудно определить температурные границы для каждого процесса. Можно лишь указать, при каких температурах то или иное превращение является основным, ведущим. Первое превращение происходит при температурах 100 - 200°. При этих температурах устраняется искажение кристаллической решетки мартенсита. Она принимает форму куба, благодаря чему в стали несколько ослабляются внутренние напряжения. Мартенсит, имеющий кубическую решетку, называется отпущенным мартенситом.

Второе превращение протекает при температурах 200 - 270° и состоит в переходе остаточного аустенита в отпущенный мартенсит, который является менее напряженной структурой, чем мартенсит закалки.

Третье превращение протекает при температурах 300 - 400°. При этих температурах происходит распад мартенсита: из кристаллической решетки мартенсита выделяется избыточный углерод в виде цементита. В результате получается весьма измельченная смесь феррита и цементита - троостит отпуска.

Четвертое превращение протекает заметно при температурах, превышающих 400°. В результате отпуска стали при температурах 500 - 650° образуется механическая смесь более крупных частиц феррита и цементита - сорбит отпуска. При протекании третьего и четвертого превращений твердость стали заметно понижается, а пластичность и вязкость повышаются. Полученные в результате распада мартенсита троостит и сорбит отпуска имеют зернистую форму цементита, в то время как аналогичные структуры, полученные в результате охлаждения аустенита, имеют пластинчатую форму цементита. При равной прочности зернистые структуры (структуры отпуска) обладают большей пластичностью и вязкостью. Кривые изменения твердости и вязкости стали 45 в зависимости от температур отпуска. Таким образом, при отпуске протекают те превращения, которые не успели произойти в стали при закалке ввиду ее быстрого охлаждения.