فرآیندهای مختلفی که در طول تمپر کردن در فولادهای پر کربن رخ می دهد به طور معمول در فولادهای کم کربن مشاهده نمی شود . همانطوری که در ‏شکل (2-20) مشاهده می شود دمای پایان استحاله مارتنزیتی در فولادهای کمتر از 6/0 درصد وزنی بالای دمای اتاق می باشد این بدان معنی است که مقدار آستنیت باقی مانده در این فولادها بعد از کوئنچ از ناحیه تشکیل آستنیت باید کوچک باشد]45[ .
تغییرات دمای شروع و پایان مارتنزیت با درصد وزنی کربن در فولادها ]40[ .
‏شکل (2-21) این مطلب را تایید می کند که کسر حجمی آستنیت باقی مانده برای فولادهای با مقدار کربن کمتر از 4/0 درصد وزنی نزدیک به صفر است .
بنابراین مرحله سوم تمپر کردن که شامل تجزیه آستنیت باقی مانده به فریت و سمنتیت می باشد نباید در این دسته از فولادها مشاهده کرد .
با توجه به اینکه پدیده تمپر کردن در دمای بالا بوجود می آید ، اسپیچ نشان داد که ذرات میله ای شکل در نزدیکی دمای C ° 400 بوسیله ی ذرات کروی سمنتیت جایگزین می گردد .
ذرات سمنتیت در مرزهای لایه ای و مرزدانه های آستنیت تشکیل دهنده جوانه زنی می کند]45[.
در مورد واکنش هایی که در زمینه فریتی اتفاق می افتد ، ابتدا بین 500 و C °600 بوده که شامل بازیابی نابجایی ها در مرزهای لایه ای است که محصول آن ساختار فریت سوزنی با دانسیته پایین نابجایی ها است . گرمایش بیشتر از 600 تا C ° 700 تبلور مجدد دانه های فریت سوزنی و تشکیل فریت هم محور را خواهیم داشت .
تبلور مجدد با غلظت کربن بالا به دشواری انجام می گیرد زیرا عمل قفل کنندگی ذرات کاربیدی روی مرزهای فریتی وجود دارد .
نتیجه ی آخر تمپر کردن فولادهای ساده کربنی مطابقت خوبی با دانه های فریت هم محور داشته که شامل شمار زیادی از ذرات کاربید آهن کروی می باشند]45[ .
تاثیر درصد وزنی کربن روی دمای شروع استحاله مارتنزیت ، کسر حجمی مارتنزیت لایه ای و آستنیت باقی مانده ]45[ .
تغییرات ریزساختاری که در طول تمپر کردن فولادها اتفاق می افتد تاثیر قابل توجهی بر خواص فیزیکی و مکانیکی آنها می گذارد . این تغیرات بر اساس دو عامل دما و زمان تمپر کردن می باشد. ‏شکل (2-22) و ‏شکل (2-23) سختی را بر حسب دمای تمپر کردن نشان می دهد( زمان تمپر کردن برای هر دو شکل یک ساعت می باشد.) . ‏شکل (2-22) برای فولادهای کربن متوسط و پر کربن که پیش از تمپر کردن به دمای C° 196 – رسانده شده اند ، نشان می دهد. افزایش ناچیز سختی در مرحله اول تمپر کردن در فولادهای کربن متوسط و پر کربن به رسوب کاربیدهای انتقالی نسبت داده می شوند به نحوی که برای فولادهای کربن متوسط و پر کربن در گستره دمایی C ° 150 – 100 افزایش ناچیزی در سختی مشاهده شده است . دلیل این امر به مقدار کافی و زیاد کاربیدهای انتقالی و پراکندگی مناسب آنها در این شرایط تمپر کردن ارتباط داده می شود به نحوی که کاربیدهای انتقالی نقش استحکام دهی موثرتری در برابر نرم شدن در اثر کاهش کربن مارتنزیت ایفا می کند . استحکام بالا و خستگی و خواص سایشی خوب در این شرایط تمپر کردن برای این دسته از فولادها گزارش شده است]20و45 [.
اثر تمپر کردن روی سختی سه نوع فولاد کربن متوسط و پر کربن ]20[ .
‏شکل (2-23) بر اساس تحقیقاتی است که Speich انجام داده است . این منحنی ها تاثیر عملیات تمپر کردن در دماهای مختلف را بر سختی فولادهای کم کربن و کربن متوسط را نشان می دهد (زمان تمپر کردن یک ساعت) . مشاهده شده است در فولادهای کم کربن (2/0 درصد و کمتر) کاهش سختی تا دمای C° 200 ناچیز بوده است . دلیل این امر به کم بودن کاربیدهای انتقالی در این دسته از فولادها نسبت داده می شود . افت سختی از C° 200 و با حذف کاربیدهای انتقالی شروع شده که به تدریج با افزایش دمای تمپر کردن کاهش بیشتری پیدا کرده تا به دمای یوتکتوئید رسیده و منجر به نرم شدن فولاد می گردد]1،20،42و45[.
تردی مارتنزیت تمپر شده
در فولادهای کم آلیاژی کربن متوسط ، امکان تردی در حین عملیات تمپر بیش از سایر فولادهاست . در این فولادها تردی ناشی از تمپر کردن در صورتی که در دمایی پایین تر از 595 درجه سانتی گراد تمپر شوند می تواند اتفاق بیفتد ]48-46[ .
سختی فولادهای کم کربن و کربن متوسط تمپر شده برای یک ساعت در دماهای مختلف بین 100 و C° 700 ]42[ .
در اثر افزایش دمای تمپر در عملیات حرارتی تمپر فولادهای مارتنزیتی ، استحکام کششی و استحکام تسلیم فولاد کاهش می یابد ، این در حالی است که خواص داکتیلیته مانند ازدیاد طول و درصد کاهش سطح مقطع و چقرمگی افزایش می یابند . با افزایش دمای تمپر در عملیات حرارتی تمپر مقدار انرژی ضربه نیز افزایش می یابد . اما در اکثر فولادهای کرم ، نیکل و مولیبدن و وانادیم دار افزایش مقدار انرژی ضربه با افزایش دمای تمپر بطور پیوسته اتفاق نمی افتد . در این فولادها ، ابتدا با افزایش دمای تمپر ، مقدار انرژی حاصل از آزمون ضربه در دمای اتاق ، افزایش یافته و بعد در یک محدوده حرارتی معین (450 – 250 درجه سانتیگراد) دچار افت ناگهانی شده که بعد از این مرحله مجدد مقدار انرژی ضربه با افزایش دمای تمپر افزایش می یابد . کاهش ناگهانی مقدار انرژی ضربه در اثر افزایش دمای تمپر به تردی مارتنزیت تمپر شده مرسوم است .
‏شکل (2-24) یک کاهش در چقرمگی شیار برای فولاد AISI 4130 در دمای 370 – 260 درجه سانتیگراد تمپرشده نشان می دهد ]23[ .
مطابق نظر کراس پدیده تردی مارتنزیت تمپر شده می تواند به حضور اتم های ناخالص در مرزدانه های آستنیت اولیه نسبت داده شود هرچند که عامل مشترک در فولادهای کربن متوسط بشمار می آید ]46و48[ . پدیده رخ داده ناشی از تجزیه آستنیت باقی مانده به سمنتیت در بین لایه های صفحات مارتنزیتی در امتداد مرزدانه های آستنیت اولیه می باشد.
در ‏شکل (2-25) استحاله آستنیت باقی مانده از طریق طیف سنجی Mossbear ]49[، بر حسب تابعی از دمای تمپر کردن در چند فولاد کربن متوسط ارائه شده است .
مقدار کم آستنیت باقی مانده تا دمای C° 200 ثابت باقی مانده است و در نهایت استحاله در C° 300 کامل شده است .
نتیجه ریزساختار در این حالت شامل صفحات بین لایه ای درشت سمنتیت همان طوری که در ‏شکل (2-26) نشان داده شده است باعث کاهش چقرمگی شکست و در اصطلاح تردی ناشی از تمپر کردن می شود]40[ .
افت چقرمگی در دمای اتاق ناشی از تردی ناشی از تمپر کردن فولاد AISI 4130 کوئنچ شده در روغن ]23[ .
آستنیت باقی مانده و سمنتیت فولادهای کربن متوسط در حالت کوئنچ شده بر حسب تابعی از دمای تمپر کردن برای یک ساعت در دمای یاد شده ]40[ .
سمنتیت بین لایه ای تشکیل یافته در ریزساختار مارتنزیتی فولاد AISI 4340کوئنچ و تمپر شده در C° 350 ، (الف) میدان روشن میکروسکوپ الکترونی عبوری (سمنتیت سیاه دیده می شود) و (ب) میدان تاریک میکروسکوپ الکترونی عبوری با سمنتیت پراش یافته (سمنتیت روشن دیده می شود) ]40[ .