Что такое отпускная хрупкость стали

ХРУПКОСТЬ ОТПУСКНАЯ

ХРУПКОСТЬ ОТПУСКНАЯ – [temper(ing) brittleness] — хрупкость закаленной легированной стали после отпуска в определенном интервале температур, вызванная аномальным снижением энергии разрушения вследствие неравномерного распада пересыщенного твердого раствора a-Fe (мартенсита).

Различают обратимую (2-го рода) и необратимую (1-го рода) отпускную хрупкость.

Отпускная хрупкость 2-го рода

Отпускная хрупкость 2-го рода — обратимая, снижает пластичность закаленной легированной стали после отпуска при 500-600 oC и замедленного охлаждения. После повторного отпуска при этих температурах и быстрого охлаждения отпускная хрупкость 2-го рода устраняется. Природа отпускной хрупкости 2-го рода (понижение удельной вязкости стали) обычно связано с тем, что при высоком отпуске по границам зерна происходит ускоренное карбидообразование и насыщение карбидной фазы марганцем, хромом, а также образованием специальных карбидов. Это приводит к обеднению карбидообразующими элементами приграничных слоев зерна. При последующем медленном охлаждении происходит обогащение этих приграничных слоев фосфором вследствие его диффузионного перераспределения в направлении участков зерна, объединенных карбидообразующими элементами. В итоге сталь охрупчивается из-за ослабления межзеренной прочности. Повышение чистоты стали по фосфору в первую очередь, а также по примесям внедрения (О, N, Н) и цветными металлам (Sn, Sb и др.) является более эффективным средством, чем дополнительное легирование Мо или W для устранениея склонности ее к отпускной хрупкости 2-го рода.

Отпускная хрупкость 1-го рода

Отпускная хрупкость 1-го рода — необратима, снижение пластичности закаленной легированной стали после отпуска при 300-400 oC проявляется независимо от состава стали и скорости охлаждения после отпуска и обуслено неравномерностью распада пересыщенного твердого раствора углерода в а-Fe (в мартенсите). Распад при этих температурах идет наиболее полно на границах зерен с образованием карбидов типа цементита, в результате чего появляется резкое различие между прочностью приграничных слоев зерна и телом самого зерна. В этом случае менее прочные приграничные слои начинают играть роль концентраторов напряжений, что и приводит к хрупкому разрушению.

При перепечатке материалов нашего марочника сталей и сплавов указывайте ссылку, пожалуйста.
Получить код нашей ссылки

Источник

Обратимая и необратимая отпускная хрупкость

Отпускной хрупкостью называют уменьшение вязкости стали после отпуска в определенном интервале температур. Отпускная хрупкость разделяется на 2 вида:

1. Наблюдается после отпуска в температурном интервале 250-350º С – это отпускная хрупкость I рода или необратимая хрупкость.

2. Наблюдается в интервале температур 500-600º С. Это отпускная хрупкость II рода или обратимая.

Хрупкость I рода характерна для простых углеродистых сталей, содержащих от 0,3-0,6%С. Она проявляется при отпуске в температурном диапазоне 250-350º С. Причина её появления – выделение карбидов по границам зёрен. Это вызывает хрупкость границ и соответственно хрупкость всей детали. Увеличение температуры отпуска вызывает распад мартенсита по всему объему детали и соответственно выравнивание структуры, что вызывает повышение вязкости. Таким образом, если сталь, находящуюся в состоянии отпускной хрупкости I рода, нагреть до более высокой температуры, то её вязкость восстановится и повторный нагрев после охлаждения в температурном интервале 250-350º С отпускной хрупкости больше не вызовет. Поэтому такая отпускная хрупкость называется необратимой.

Хрупкость II рода характерна для среднеуглеродистой стали, содержащей легирующие элементы: Si; Мn; Сr. Причем проявляется эта отпускная хрупкость только при медленном охлаждении с температурой высокого отпуска. Если детали охлаждать быстро на воздухе или в воде, то хрупкость II рода не проявляется. Если сталь имеет уже отпускную хрупкость II рода, то для её устранения необходимо снова нагреть деталь до температуры отпуска и быстро охладить. Вязкость восстанавливается, но если снова нагреть и медленно охлаждать хрупкость снова появится. Поэтому такая хрупкость называется обратимой.

Повышает склонность сталей к отпускной хрупкости II рода наличие примесей, особенно фосфора. Поэтому чтобы сделать сталь нечувствительной к отпускной хрупкости II рода необходимо, во-первых, снижать количество вредных примесей, особенно фосфора, а во-вторых, добавлять в сталь молибден или вольфрам.

Отпускная хрупкость I рода часто совпадает по температуре со средним отпуском, поэтому пружины и рессоры характеризуются минимальным запасом вязкости.

Источник

отпускная хрупкость

Полезное

Смотреть что такое «отпускная хрупкость» в других словарях:

отпускная хрупкость — — [http://slovarionline.ru/anglo russkiy slovar neftegazovoy promyishlennosti/] Тематики нефтегазовая промышленность EN temper embrittlement … Справочник технического переводчика

отпускная хрупкость второго рода — обратимая отпускная хрупкость Явление падения ударной вязкости металла при отпуске в интервале температур 500 600 °С. Характерная особенность такой хрупкости заключается в том, что она проявляется в результате медленного охлаждения после… … Справочник технического переводчика

отпускная хрупкость I рода — Охрупчивание высокопрочных сталей при отпуске в температурном интервале от 205 до 370 °С (400 700 °F). Также называется 350 °С (или 500 °F) хрупкостью. [http://www.manual steel.ru/eng a.html] Тематики металлургия в целом EN temper … Справочник технического переводчика

отпускная хрупкость II рода — Охрупчивание низколегированных сталей при выдержке или медленном охлаждении в температурном интервале (обычно 300 600 °С или 570 1110 °F) чуть ниже температурного интервала превращений. [http://www.manual steel.ru/eng a.html] Тематики… … Справочник технического переводчика

Отпускная хрупкость I рода — Temper embrittlement Отпускная хрупкость I рода. Охрупчивание высокопрочных сталей при отпуске в температурном интервале от 205 до 370 °С (400–700 °F). Также называется 350 °С (или 500 °F) хрупкостью. (Источник: «Металлы и сплавы. Справочник.»… … Словарь металлургических терминов

Отпускная хрупкость II рода — Tempered martensite embrittlement Отпускная хрупкость II рода. Охрупчивание низколегированных сталей при выдержке или медленном охлаждении в температурном интервале (обычно 300–600 °С или 570–1110 °F) чуть ниже температурного интервала… … Словарь металлургических терминов

ХРУПКОСТЬ ОТПУСКНАЯ — [temper(ing) brittleness] хрупкость закаленной легированной стали после отпуска в определенном интервале температур, вызванная аномальным снижением энергии разрушения вследствие неравномерного распада пересыщенного твердого раствора a Fe… … Металлургический словарь

Хрупкость — [embrittlement, brittleness] способность материала разрушаться при незначительной (преимущественно упругой) деформации под действием напряжений, средний уровень которых Энциклопедический словарь по металлургии

тепловая хрупкость — [heat embrittlement] уменьшение пластичности металла в условиях постянной нагрузки при высоких температураx; обусловлено, как правило, выделением избыточных фаз по границам зерна. Смотри также: Хрупкость отпускная хрупкость водородная хрупкость … Энциклопедический словарь по металлургии

водородная хрупкость — [hydrogen embrittlement] Смотри Водородное охрупчивание; Смотри также: Хрупкость тепловая хрупкость отпускная хрупкость … Энциклопедический словарь по металлургии

Источник

Отпускная хрупкость стали

Конструкционные стали, подвергаемые закалке и отпуску, имеют склонность к отпускной хрупкости.

После отпуска при определенных температурах и условиях наблюдается повышение температуры вязко–хрупкого пере­хода (рис. 2.12). На многих сталях охрупчивание наблюда­ется и по снижению ударной вязкости (рис. 2.13). Однако изменение температуры перехода является более надеж­ным критерием склонности стали к отпускной хрупкости. Различают два рода отпускной хрупкости (рис. 2.13).

Отпускная хрупкость I рода, или необратимая, проявляется при отпуске около 300 °С, и отпускная хрупкость II рода, или обратимая, обнаруживается после отпуска выше 500 °С.

Необратимая отпускная хрупкость (I рода) присуща практически всем сталям, углеродистым и легированным, после отпуска в области температур 250–400°С. Повтор­ный отпуск при более высокой температуре (400–500 °С) снимает хрупкость, и сталь становится к ней не склонной даже при отпуске вновь в район опасных температур. В связи с этим эта хрупкость получила название необра­тимой. Этот род хрупкости не зависит от скорости ох­лаждения после отпуска.

Легирующие элементы, за исключением кремния,невлияют существенно на развитие хрупкости I рода. Крем­ний сдвигает интервал развития хрупкости в область более высоких температур отпуска (350–450°С). Высокотемпе­ратурная термомеханическая обработка (ВТМО) уменьша­ет склонность к отпускной хрупкости (см. рис. 2.13).Напрактике для исключения охрупчивания стали избегают проведения отпуска в области опасных температур.

Хотя природа необратимой отпускной хрупкости стали окончательно не установлена, считается, что наиболее ве­роятной причиной охрупчивания является выделение кар­бидных фаз по границам зерен на начальных стадиях рас­пада мартенсита. Вследствие этого создается неоднородное состояние твердого раствора, возникают пики напряжений, и сопротивление разрушению по границам заметно меньше, чем по телу зерна, происходит межкристаллитное разру­шение.

Обратимая отпускная хрупкость (II рода) в наиболь­шей степени присуща легированным сталям после высоко­го отпуска при 500–650 °С и медленного охлаждения от температур отпуска. При быстром охлаждении после от­пуска (в воде) вязкость не уменьшается, а монотонно возрастает с повышением температуры отпуска. Отпускная хрупкость усиливается, если сталь длительное время (8–10 ч) выдерживается в опасном интервале температур.

Отпускная хрупкость II рода может быть устранена по­вторным высоким отпуском с быстрым охлаждением и вы­звана вновь высоким отпуском с последующим медленным охлаждением. Поэтому такую отпускную хрупкость назы­вают обратимой. Развитие обратимой отпускной хруп­кости не сопровождается какими–либо изменениями других механических свойств, а также видимыми при световой и электронной микроскопии структурными изменениями. Лишь при травлении шлифов поверхностно–активными ре­активами наблюдается повышенная травимость по грани­цам аустенистных зерен. По этим границам происходит и межзеренное хрупкое разрушение.

Легирование стали Сr, Ni, Мn усиливает отпускную хрупкость. Особенно сильно охрупчивается сталь при со­вместном легировании Сr + Ni, Сr + Мn, Сr + Мn + Si и др.

Введение до 0,4–0,5 % Мo и до 1,2–1,5 % W уменьшает, а иногда полностью подавляет склонность стали к обрати­мой отпускной хрупкости; при более высоком содержании этих элементов хрупкость вновь усиливается.

В последние годы достоверно установлена связь обра­тимой отпускной хрупкости с обогащением границ зерен примесями, в первую очередь фосфором и его химически­ми аналогами: сурьмой, мышьяком, а также оловом. По степени влияния на охрупчивание элементы располагают­ся в ряд Sb, Р, Sn, Аs, где наиболее сильное влияние ока­зывает сурьма. Так, содержание сурьмы 0,001 % уже вы­зывает значительное развитие хрупкости, повышая порог хладноломкости после окрупчивающего отпуска почти на 100 °С. При таких же содержаниях фосфор смещает порог хладноломкости на 40 °С. С помощью методов электронной микроскопии (ожеспектроскопия, метод обратного рас­стояния быстрых ионов) проведена оценка сегрегации ука­занных примесей на границах зерен. Установлено, что сегрегация примесей в приграничных участках превышает объемную концентрацию этих элементов в 100–1000 раз, а толщина приграничного слоя сегрегации составляет лишь несколько атомных слоев (до 1–2 нм).

Исследованиями этими же методами выявлена значи­тельная сегрегация на границах зерен легирующих эле­ментов (Cr, Ni, Mn и др.), которые значи­тельно увеличивают термодинамическую активность приме­сей и их приток к границам. Мо и W при оптимальных содержаниях не сегрегируют к границам. Вследствие падения поверхностной энергии межзеренного сцепления более чем на порядок происходит разрушение стали по границам аустенитных зерен.

Разработаны и нашли широкое практическое примене­ние методы борьбы с обратимой отпускной хрупкостью:

1. Легирование стали молибденом (0,2–0,4 %) илиегоаналогом вольфрамом в количестве 0,6–1,2 %.

2. Ускоренное охлаждение (вода или масло) после вы­сокого отпуска.

3. Снижение содержания вредных примесей, особенно фосфора.

Необходимо также отметить, что применение вместо обычной закалки высокотемпературной термомеханической обработки (ВТМО) позволяет подавить склонность, как к необратимой, так и к обратимой отпускной хрупкости (см. рис. 2.13). Причина такого влияния ВТМО состоит в том, что при такой обработке увеличивается протяженность границ благодаря образованию зубчатых большеугловых границ и развитой структуры, вследствие чего уменьшается сегрега­ция примесей и возрастает прочность межзеренного сцепления.

Контрольные вопросы

1. Какое влияние оказывают легирующие элементы на полиморфные превращения в железе, положение характерных точек диаграммы железо–углерод?

2. Какое влияние оказывают легирующие элементы на диффузию углерода и самодиффузию железа, кинетику перлитного и бейнитного превращений, температурный интервал и кинетику мартенситного превращения и морфологию мартенсита?

3. Назовите основные механизмы упрочнения сталей и сплавов.

4. Как классифицируются легированные стали по структуре в отожженном и нормализованном состояниях?

5. Какими свойствами обладает легированный феррит?

6. Какими свойствами обладает легированный аустенит?

7.Как протекает перекристаллизация в углеродистых и легированных сталях с исходной неупорядоченной и упорядоченной структу­рой при нагреве и охлаждении?

8. Какие факторы оказывают влияние на рост зерна аустенита?

9. Как влияют легирующие элементы на устойчивость переохлажденного аустенита?

10. Какие процессы протекают при отпуске? Что называется вторичной твердостью, дисперсионным твердением и дисперсионным упрочнением?

11. Обратимая и необратимая отпускная хрупкость, причины ее обусловливающие, методы предотвращения.

Дата добавления: 2016-06-02 ; просмотров: 11805 ; ЗАКАЗАТЬ НАПИСАНИЕ РАБОТЫ

Источник

Отпускная хрупкость металла

Отпускная хрупкость: что это такое, ее особенности

Большая часть известных сортов стали обладают отпускной хрупкостью – особым состоянием сплава, характеризующимся невысоким значением ударной вязкости. При нормальных условиях это свойство не способно оказывать влияние на прочие механические свойства материала.

На схеме представлено наглядное изображение зависимости температуры отпуска от значений ударной вязкости закаленной стали, которая характеризуется повышенной склонностью к нахождению в состоянии отпускной хрупкости. Большинство подобных материалов обладают двумя интервалами отпускной хрупкости. В процессе отпуска в диапазоне от 250 o C до 400 o C фиксируется необратимая хрупкость, а в интервале от 450 o C до 650 o C – обратимая.

Корреляция отпускной температуры и ударной вязкости

На схеме, расположенной ниже, представлена зависимость влияния значений отпускной температуры на ударную вязкость материала, обладающим определенной склонностью к отпускной хрупкости.

1- Процесс охлаждения осуществляют с большой скоростью,

2- Процесс охлаждения проводят постепенно, с небольшой скоростью.

Ударная вязкость различных типов стали по завершении отпуска в температурном интервале от 250 o C до 400 o C несколько ниже, чем во время отпуска при температурах меньших, чем 250 o C.

Если при нагревании хрупкой стали, отпущенной в интервале от 250 o C до 400 o C, до температуры, превышающей 400 o C, перевести ее в вязкое состояние, то процесс вторичного отпуска в интервале 250 o C – 400 o C не повлияет на значение ударной вязкости.

Сталь, пребывающая в состоянии отпускной хрупкости, обладает свойственным межкристаллитным изломом, локализованном на бывших зерновых границах. Подобная хрупкость является характерной для всех сталей, но в различной степени. Именно по этой причине средний отпуск сталей не принято использовать на практике, однако именно этот показатель способен обеспечить большое значение предела текучести.

Причины явления

Одной из главных причин такого явления, как необратимая отпускная хрупкость, можно назвать карбидообразование. Под этим термином подразумевают процесс, который происходит при разложении мартенсита: формирование карбидной пленки на зерновых границах. Эти пленки сами по себе исчезают в ходе нагревания до высокой температуры, при этом вторичный нагрев до 250 o C до 400 o C не приводит к их возникновению вновь. Кремний, присутствующий в составе некоторых сталей, способствует ингибированию процесса разложения мартенсита.

Ударная вязкость большинства из типов закаленных сталей после высокого отпуска в диапазоне температур от 450 o C до 650 o C может варьироваться в зависимости от того, насколько быстро протекает процесс охлаждения.

При постепенном остывании с температуры отпуска значение ударной вязкости большинства типов закаленных сталей становится ниже, по сравнению с тем значением, которое наблюдается по завершении быстрого охлаждения.

Появление отпускной хрупкости, наблюдаемой по причине медленного охлаждения при высоком отпуске, ликвидируется путем повторения высокого отпуска, однако, прибегая уже к скоростному охлаждению. Сократить ударную вязкость материала можно и повторно, при осуществлении очередного высокого отпуска, при этом скорость охлаждения должна быть несколько ниже, чем на предшествующей стадии.

Элементы, входящие в состав стали, играют значительную роль в степени восприимчивости материала к отпускной хрупкости. Последней благоприятствуют некоторые элементы, в число которых входят фосфор, марганец, воздействие хрома несколько слабее. Хромсодержащая сталь, не имеющая в своем составе прочих добавок, является маловосприимчивой к отпускной хрупкости. Добавление к материалу марганца, никеля или кремния способствует резкому увеличению ее восприимчивости к отпускной хрупкости. В частности, никель не способен самостоятельно вызывать отпускную хрупкость, однако, действуя в тандеме с хромом или марганцем, способствуют возникновению данного явления.

Добавки молибдена, вольфрама способствуют уменьшению склонности материала к проявлению отпускной хрупкости. Наибольшей эффективностью обладает именно молибден, даже в небольших количествах (около 0.2% по массе).

Теория «растворения-выделения»

Поскольку при создании конструкционных сталей прибегают к серьезным улучшениям, то обратимая отпускная хрупкость представляет собой довольно большую трудность, возникающей на пути у производителя. О причинах возникновения явления обратимой хрупкости существует целый ряд всевозможных теорий на данный счет.

Быстрое охлаждение материала с температуры отпуска позволяет предотвратить формирование новых фаз, способствующих уменьшению хрупкой прочности. Кроме того, теория «растворения — выделения» может объяснить и обратимый характер, который носит отпускная хрупкость.

Взаимодействие стали с некоторыми веществам ведет к растравливанию зерновых границ в структуре материала, которые пребывают в состоянии обратимой отпускной хрупкости. Невысокая устойчивость к некоторым химическим веществам этих самых зон является подтверждением того факта, что постепенное охлаждение от температуры высокого отпуска приводит к возникновению различных структурных изменений.

В частности, фиксируется сокращение ударной вязкости, однако значение иных механических характеристик, которые измеряются в условиях комнатной температуры, остается без изменений.

Подобные наблюдения могут быть объяснены тем, что ударная вязкость представляет собой характеристику, сильно зависящую от структуры материала, являющейся очень чувствительной к тому состоянию, в котором находятся границы зерен.

По мнению Л. М. Утевского, обратимая отпускная хрупкость сплавов обусловлена не образованием новых видов фаз, а изменением химического состава раствора, присутствующего в зонах рядом с зерновыми границами. Например, заполнение вышеупомянутых зон фосфором стимулирует снижение работы формирования расколов между зернами, что становится результатом развития отпускной хрупкости.

Источник