Jako první stadium popouštění (do 200 °C) se označuje rozpad tetragonálního martenzitu na nízkouhlíkový kubický martenzit a nerovnovážný karbid ε (Fe2,4C) s těsně uspořádanou hexagonální mřížkou. Koherentní karbid ε, precipitující přednostně na hranicích útvarů martenzitu, má výrazný vytvrzující účinek, který z větší části kompenzuje pokles tvrdosti způsobený poklesem intersticiálního zpevnění martenzitu. Vznik popouštěného martenzitu je tedy doprovázen pouze mírným poklesem tvrdosti a pevnosti.
Druhé stadium popouštění (asi 200 až 300 °C) lze spojovat s rozpadem zbytkového austenitu ve strukturu bainitického typu, která je podobná struktuře martenzitu popuštěného na stejnou teplotu. Tato přeměna je doprovázena růstem měrného objemu, uvolněním tepla a snížením úrovně vnitřních pnutí. Důsledkem rozpadu zbytkového austenitu je buď zmenšení poklesu tvrdosti oceli nebo její vzrůst, to však jen v případě jeho vysokého obsahu.
Třetí stadium popouštění (nad 300 °C) zahrnuje zejména tvorbu cementitu za současného rozpadu nízkouhlíkového martenzitu na ferit. Koherentně nukleované precipitáty cementitu postupně rostou za souběžného rozpouštění částic ε karbidů a postupného snižování obsahu uhlíku v matrici. Původně tyčinkovité útvary cementitu hrubnou s rostoucí teplotou popouštění. Odrazem uvedených změn je výrazný monotónní pokles tvrdosti a pevnosti za současného zvýšení tvárnosti a houževnatosti.
Čtvrté stadium popouštění (nad asi 500 °C) zahrnuje v případě uhlíkových ocelí hrubnutí částic cementitu v důsledku jeho postupující koalescence a sferoidizace a rekrystalizace a hrubnutí feritických zrn. V případě nízkolegovaných ocelí pak dochází během popouštění k obohacování cementitu o karbidotvorné prvky. U legovaných ocelí pak dochází ke vzniku speciálních karbidů s mřížkou odlišnou od cementitu. Precipitace těchto karbidů je podmíněna difuzí substitučních prvků, kterými jsou tyto karbidy tvořeny.
Pro příklad změn mechanických vlastností byla použita ocel 21MnTiB s výchozí feriticko-perlitickou strukturou o chemickém složení uvedeném v tabulce. Použitá ocel je mikrolegovaná borem pro zvýšení prokalitelnosti. Z této oceli se vyrábí vysokopevnostní šrouby do M20. Materiál byl zušlechtěn - kaleno 880 °C olej-voda, a následně popouštěn na teplotách 200 °C, 300 °C a 400 °C.
Chemické složení oceli 21MnTiB (hmotnostní %) |
C |
Mn |
Si |
B |
Cu |
Ti |
Al |
P |
0,2 |
0,89 |
0,09 |
0,005 |
0,057 |
0,015 |
0,03 |
0,015 |