мартёнситное превращение, и сплавов, в которых мартенсит не является пересыщенным раствором (Например, закаленный сплав Со на рис. 100), тоже следует относить к отпуску. Во всех таких материалах при мартенситном превращении возникает повышенная плотность дислокаций, в результате чего оказывается возможным проводить отпуск, при котором структурные изменения состоят только из полигонизационных и рекристал-лизационных процессов. Этим отпуск принципиально отличается от старения, которое применимо лишь к сплавам, содержащим пересыщенный твердый раствор.

Таким образом, отпуск - это термическая обработка закаленного на мартенсит сплава{илиметалла), при которой главными процессами являются распад и (им) возврат и рекристаллизация мартенсита .

1. Отпуск углеродистых сталей

Характер структурных изменений при отпуске углеродистых сталей зависит от температуры и продолжительности отпуска и содержания углерода в стали. С повышением содержания углерода в аустените возрастает пересыщенность а-раствора, снижается температура М , происходит переход от пакетного мартенсита к пластинчатому и увеличивается количество остаточного аустенита. Все это сказывается на процессах отпуска.

Сегрегация углерода в кристаллах мартенсита является первым структурным изменением при отпуске углеродистых сталей. Экспериментально выявлены два разных по природе процесса сегрегации углерода: образование примесных атмосфер на дефектах решетки мартенсита и возникновение кластеров.

Дефекты кристаллической решетки - энергетически более выгодные места для атомов углерода, чем нормальные позиции этих атомов в решетке мартенсита. Атомы углерода упруго притягиваются к дислокациям и дислокационным стенкам. Сегрегации углерода образуются на структурных несовершенствах при комнатной температуре сразу после закалки и даже в период закалочного охлаждения от температуры до комнатной. Следовательно, в период закалочного охлаждения в мартенситном интервале, особенно сталей с высокой точкой (малоуглеродистых), развивается самоотпуск. Для насыщения атмосфер на дислокациях В мартенсите требуется примерно 0,2% С.

При комнатной температуре образование сегрегации на дислокациях быстро идет в первые минуты выдержки и завершается за 1-2 ч.

Предлагаемый подход к понятию отпуска чистых металлов и ненасыщенных твердых растворов со структурой мартенсита условен. Соответствующую термообработку в принципе можно относить и к отжигу. Однако обязательность предварительной закалки и специфика субструктуры мартенсита позволяет предпочесть в этом случае термин отпуск .

1 Другой процесс сегрегации не связан с притяжением атомов .углерода к структурным несовершенствам. При температурах отпуска до 100-150° С в мартенсите высокоуглеродистых сталей электроннографически обнаружены кластеры - плоские, одноатомной толщины скопления атомов углерода. Естественно, что с образованием таких скоплений связано значительное смещение атомов железа, т, е, упругое искажение решетки мартенсита, С повышением температуры отпуска эти кластеры укрупняются. Образование кластеров углерода можно трактовать как зонную стадию распада раствора, аналогичную концентрационному расслоению при старении твердых растворов замещения.

Выделение промежуточных карбидов из мартенсита - следующая после сегрегации углерода стадия структурных изменений при отпуске. Начиная примерно с температуры .100 °С экспериментально обнаруживается метастабильный е-кар-бид, отличающийся от цементита типом решетки (гексагональная у е-карбида, ромбическая у цементита). Вероятная формула е-карбида Ее2,4С.

В сталях, содержащих менее 0,2% С, выделение е-карбида при отпуске подавлено, так как большая часть атомов углерода связана с дислокациями.

По отношению к матрице е-карбид ориентирован так, что t0001)s II (011)м, чем обеспечивается когерентность на границе раздела фаз. При низких температурах е-карбид выделяется в виде очень дисперсных пластин или стержней. С повышением температуры или увеличением продолжительности отпуска частицы е-карбида укрупняются.

Предпочтительное образование промежуточного е-карбида вместо более стабильного цементита ЕсдС можно объяснить тем, что на границе мартенсита с е-карбидом сопряжение решеток лучше и, следовательно, поверхностная энергия ниже, чем на границе матрицы с цементитом.

Образование цементита FegC со структурой, одинаковой или близкой к структуре цементита отожженной стали, -происходит при температурах выше 250° С, причем наиболее активно в интервале 300-400° С.

Цементит ЕсдС - более стабильная фаза, обладающая меньшей объемной ( химической ) свободной энергией, чем промежуточный карбид. Кроме того, при повышении температуры отпуска снижение концентрации углерода в распадающемся а-растворе так изменяет межплоскостные расстояния, что решетка а-фазы лучше сопрягается уже не с решеткой е-карбида, а с решеткой цементита. Таким образом, при более высоких температурах отпуска выигрыш в объемной и поверхностной свободной энергии делает предпочтительными зарождение и рост цементита FegC, а не промежуточного карбида.

Установлены два механизма зарождения цементита. Во-первых, цементит выделяется прямо из пересыщенного а-раствора,

причем рост частиц FeC сопровождается растворением выделений ранее образовавшегося менее стабильного карбида (см. § 19). Во-вторых, цементит образуется перестройкой решетки промежуточного карбида в решетку FCgC (в пределах объема частиц промежуточного карбида).

Коагуляция и сфероидизация цементита - завершающая стадия процессов карбидообразования при отпуске. При сравнительно низких температурах цементит растет в виде дисперсных пластин, полукогерентных матрице. Размер цементитных пластин различен. Концентрация углерода в а-раствор около относительно мелких частиц выше, чем около более крупных [см. формулу (30)]. Эта разность концентраций обеспечивает диффузию углерода в а-растворе от более мелких цементитных частиц к более крупным. В результате выравнивающей диффузии а-раствор становится ненасыщенным около мелких частиц и пересыщенным около крупных. Более мелкие цементитные частицы растворяются, а более крупные подрастают. Цементит выделяется из а-раствора на крупных частицах вдали от их вершин и ребер, и форма крупной частицы приближается к сферической. Таким образом, переносом вещества через раствор осуществляются коагуляция и сфероидизация- цементита при отпуске стали. Ниже 350° С эти процессы развиты очень слабо. По-настоящему интенсивная коагуляция и сфероидизация начинаются с 350-400° С. Выше 600° С все частицы цементита сферические и идет только их коагуляция. При изотермической выдержке коагуляция цементита интенсивно развивается в течение короткого времени (первого часа) и затем затухает. Средний размер цементитных частиц растет с повышением температуры отпуска.

Распад остаточного аустенита играет существенную роль в процессах отпуска высокоуглеродистых сталей, где он находится в значительном количестве. Распад аустенита активно протекает в интервале температур примерно 200-300° С. Остаточный аустенит при отпуске превращается в нижний бейнит.

Главное внимание выше было уделено карбидообразованию при отпуске. Не менее важны изменения состояния матричной фазы, включающие уменьшение концентрации углерода в а-растворе и изменения субструктуры и микроструктуры а-фазы.

Уменьшение концентрации углерода в а-растворе идет во всем температурном интервале выделения из него карбидной фазы.

По изменению дифракционной картины на рентгенограмме Г. В. Курдюмов подразделил распад мартенсита на две стадии.

Первая стадия распада мартенсита - так называемый двухфазный распад (ниже 150° С).

Подвижность атомов углерода при температурах ниже 150° С еще слишком мала. Эта подвижность вполне достаточна, чтобы обеспечить образование карбидных пластин за счет углерода из ближайшего маэднситного окружения. Но она недостаточна,