Popouštění ocelí

Popouštění ocelí
Teorie tepelného zpracování
Katedra materiálu
Strojní fakulty
Technická univerzita v Liberci
© Doc. Ing. Karel Daďourek, 2007
Základní schema popouštění
Precipitace uhlíku
• Do 100 oC - počátek precipitace uhlíku
přerozdělení C na shluky dislokací a klastry
(již od – 40 oC)
• 100 až 300 oC – metastabilní karbidy
- hexagonální ε karbid Fe2C (do 200 oC),
koherentní destičky 10 až 100 nm
- rombický η karbid Fe2C (do 200 oC)
koherentní částice
- rombický χ karbid Fe5C2 (nad 200 oC)
• Nad 250 oC – vznik cementitu (typicky 300 až 400 oC)
- překrystalizací metastabilních karbidů i přímo z
martenzitu
- má tvar destiček, s vysokoúhlovými hranicemi
• 350 až 600 oC – sferoidizace cementitu, později
koagulace
• Nad 600 oC – již jen koagulace cementitu
Rozpad zbytkového austenitu
• Při 200 až 300 oC
• Mění se na dolní bainit
• Při větším obsahu zbrzdí pokles
tvrdosti, případně i malý vzrůst
• Rozpad možno vyvolat také silným
poklesem teploty
( kapalný dusík, - 190 oC)
– TZ při záporných teplotách
Rozpad martenzitu
• Do 150 oC – „dvoufázový“ rozpad,
okolo karbidů nízkouhlíkový martenzit
atermální rozpad – nezávislost na čase, jen na teplotě
• 150 až 300 oC – již i difuzní růst – karbidů i
nizkouhlíkového martenzitu
• Při 300 oC prakticky již jen nízkouhlíkový martenzit s
0,1 % C – RTG nerozlišitelný od feritu
• Při 400 oC již jen ferit s 0,01 % C, přesycený
dislokacemi, kopíruje martenzitické jehlice
• 400 až 600 oC – rychlé vymizení nadbytečných
dislokací. Hranice jehlic stabilizovány karbidy
• Nad 600 oC – při migraci a koagulaci karbidů se ztrácí
jehlice
Schema popouštěcích struktur
Málo
uhlíku
Hodně
uhlíku
A – nízkouhlíkový deskový martenzit – dislokační
B – popuštění 300 oC. Precipitace karbidů v deskách.
C – popuštění 500 oC. Zotavení dislokační struktury martenzitu.
D – popuštění 600 oC. Rekrystalizovaný cementit, zrna feritu.
E – vysokouhlíkový jehlicový dvojčatový martenzit.
F – popuštění 100 oC. Jemné karbidy na rozhraní dvojčat.
G – popuštění 200 oC. Koherentní cementit podél dvojčat.
H – popuštění 400 oC. Rozpad dvojčatové struktury. Karbidy
koagulují.
Popouštění uhlíkových ocelí
Eutektoidní uhlíková ocel
Tvrdost uhlíkových ocelí
Vliv legur
• První stadium – do 150 oC nemají vliv
• Druhé a třetí stadium – do 400 oC – zpomalují
růst karbidů až do 500 oC, např. Cr, W, Mo, V,
Co, Si . Posunují teplotu intenzivního
odpevnění z 200 – 300 oC na 450 – 550 oC
• Nad 450 oC se podílejí na tvorbě karbidů:
- mění cementit na jiné karbidy :
(Fe, Cr)3C → (Cr, Fe)7C3
- vytvářejí nové karbidy :
VC, Mo2C, TiC, W2C – velmi jemnozrnné
proti cementitu
• Ni urychluje koagulaci karbidů, ostatní ji
zpomalují
Tvrdost při popuštění
Červeně – stadia popouštění (4. stadium – precipitace)
Pro ocel 0,35 % C, dolní křivka uhlíková, D středně legovaná,
E se sekundární tvrdostí
Princip sekundární tvrdosti
Precipitáty karbidů TiC, VC, Mo2C, W2C.
Chrom sám nestačí – Cr7C3 rychle koaguluje.
Ale silně podporuje.
Příklad sekundární tvrdosti
vliv chromu
Popouštěcí křehkost
Dolní křehkost
• Je nevratná
• Jen při výdrži na teplotě okolo 350 oC
• Neprojeví se při pomalém
ochlazování z vyšší teploty
• Má menší význam
Horní křehkost
• Je vratná - je možné ji zlikvidovat ohřevem na
600 oC a rychlým ochlazením.
• Projeví se i při pomalém ochlazování z vyšší
teploty.
• Současně růst tranzitní teploty – důležitější.
• Příčinou je segregace nečistot P, Sb, Sn, As.
• Potlačení :
zmenšení obsahu P, Sb, Sn, As
urychlené ochlazování přes kritický interval
přídavek 0,2 až 0,3 % Mo
vysokoteplotní termomechanické zpracování
Vliv teploty a doby popouštění
Optimální doba popouštění – jedna hodina
Druhy popuštění
• Stabilizační popouštění – 100 až 180 oC, 30
až 150 hodin – měrky, ložiska
• Nízké popuštění – 120 až 250 oC po 1 – 2
hodiny – zmenšení pnutí, zachování tvrdosti
• Střední popuštění – 350 až 450 oC – málo
používané, na pružiny
• Vysoké popouštění – zušlechtění. Na 450
až 650 oC po několik hodin. Tvrdost a pevnost
jako u feriticko-perlitické struktury, ale vyšší
houževnatost
Nízké popouštění
eutektoidní oceli
Porovnání vlastností
(ocel 12 050, zušlechtění)
Popouštění – druhá tvrdost
Ocel 19 572, kaleno do oleje, popouštěno 2
hodiny
Rozhoduje i teplota austenitizace – relativně vysoká
Kalení rychlořezné oceli
Teplota kalení až 1200 oC –
nejvyšší v TZ ocelí
Dvojité kalení s popouštěním
Popouštění pod napětím
• Zatěžuje se na 60 až 70 % meze
kluzu.
• Zvyšuje mez kluzu a odolnost krepu a
relaxaci.
• Zvýší až desetinásobně životnost
pružin.