у -»■ а-переход связан с увеличением объема. Для стали А -*-- М-превращение связано с увеличением объема приблизительно на 1—4 % в зависимости от содержания в стали углерода. Поскольку это приращение объема происходит во всех элементарных ячейках кристаллической решетки железа, между этими ячейками возникают высокие микронапряжения, которые, суммируясь по зонам, вызывают образование высоких зональных напряжений. При образовании из аустенита в процессе охлаждения равновесных фаз (феррит и карбиды) также происходит увеличение объема, однако меньше (1 %), чем при образовании мартенсита, так как в этом случае отсутствует распирающее решетку действие пересыщающих «-твердый раствор атомов углерода.

При локальном нагреве и охлаждении стальных изделий между закаленной и незакаленной зонами возникают зональные напряжения, которые тем выше, чем больше углерода в стали. Эти напряжения при охлаждении возрастают, благодаря разности коэффициентов объемного сжатия таких зон.

Надо также иметь в виду, что мартенсит является метастабиль-ной неустойчивой фазой и при увеличении подвижности атомов при нагреве начинает переходить в устойчивое фазовое состояние (Ф + К). При этом из мартенсита выделяются карбиды в очень мелком (дисперсном) состоянии. Эти карбиды, если сам мартенсит является низкоуглеродистым, могут его упрочнять, создавая эффект старения. При дальнейшем повышении температуры нагрева (отпуска) происходят обособление и коагуляция карбидов с соответствующим изменением свойств.

Теперь следует остановиться на характеристике различных видов термической обработки, связывая их с процессами изменения свойств, происходящими в зонах сварных соединений, подвергающихся тепловому воздействию сварочного источника теплоты.

ГДля разных по составу сталей воздействие сварочной теплоты на зоны свариваемой стали, примыкающие к сварному шву, будет различным. В соответствии с этим различными будут задачи последующей термической обработки сварных соединений.

Закалка аустенитных сталей заключается в нагреве до температуры 1050—1200 °С, в зависимости от состава стали, с последующим охлаждением на воздухе, в масле или воде. При такой обработке в аустените растворяются карбиды, и сталь становится более гомогенной, однородной, часто чисто аустенитной. Такую обработку называют аустенитизацией."{

Закалка конструкционных сталей заключается в нагреве до температуры, которая на 50—100 °С выше температуры завершения перехода феррита в аустенит, небольшой выдержки для обеспечения завершения этого перехода и охлаждения со скоростью, большей критической. Обычно для конструкционных сталей температура нагрева под закалку находится в пределах от 820 до 920 РС в зависимости от содержания в стали углерода и леги-

1000

КС и, МДж/м

200 НЮ 600 I, °С

Рис. 8.2. Влияние температуры отпуска на прочность (а), пластичность и ударную вязкость (б) сталей:

I — сталь 10; 2 *~ 10Г2С; 3 — сталь 20; 4 — 15ХСНД; £ — 12Х1МФ; 6 — 20ХМ

рующих элементов. Продолжительность выдержки после прогрева около 20 мин. Охлаждение сталей в воде, масле или на воздухе также зависит от содержания легирующих элементов в стали. В результате закалки конструкционных сталей основной фазой в них должен стать мартенсит, обладающий высокой прочностью, низкой вязкостью и пластичностью. Закалка на мартенсит является операцией промежуточной термической обработки.

Высокий отпуск закаленных конструкционных сталей состоит в нагреве до температуры, которая ниже температуры перехода перлита в аустенит {Ас^. Обычно для сталей разного состава температура высокого отпуска различна и находится в пределах от 550 до 650 °С. При высоком отпуске закаленных конструкционных сталей происходит распад мартенсита с образованием мелкой ферритно-цементитной смеси — сорбита. При более высокой температуре отпуска частицы смеси получаются более крупными. Распад мартенсита и образование сорбита обусловливают понижение прочности и повышение пластичности и ударной вязкости стали (рис. 8.2). Высокий отпуск конструкционных сталей является завершающей операцией термической обработки, позволяющей получить хорошее сочетание прочности и ударной вязкости.

Старение с выделением новой фазы в дисперсном виде из твердого раствора приводит к блокированию движения дислокаций и соответственно к повышению прочности сплава и некоторому понижению его пластичности и ударной вязкости. Если выделение дисперсной фазы происходит из вязкой матрицы, то операция старения позволяет получить повышенную прочность в результате выделения дисперсной упрочняющей фазы и повышенную вязкость за счет свойств матрицы. Такая обработка используется