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.
