Отпуск сталей

Отпуск углеродистых сталей — второй этап упрочняющей термической обработки, который проводят после закалки на углеродистый мартенсит. Задача отпуска состоит в получении заготовки с комплексом свойств, обеспечивающих работоспособность детали во время эксплуатации.

Технология проведения отпуска включает нагрев до температур ниже Ас1, выдержку при заданной температуре и охлаждение на воздухе (иногда в воде или масле).

Основное фазовое превращение, протекающее при отпуске, — это распад мартенсита как пересыщенного углеродом твердого раствора с выделением углерода в той или иной форме в зависимости от температуры.

Изменение механических свойств при отпуске сталей по сравнению с закаленным состоянием состоит в снижении твердости (рис. 13.15) и повышении пластичности материала.

Для обеспечения требуемого сочетания прочности и пластичности в различных деталях применяют отпуск с нагревом в том или ином интервале температур (выдержка обычно составляет 1...2 ч). В зависимости от температуры нагрева отпуск подразделяют на низкий, средний и высокий. Виды отпуска, температурные режимы, получаемая структура и применение приведены в табл. 13.5.

Низкий отпуск, при котором сталь приобретает структуру мартенсита отпуска (мартенсит с пониженным содержанием углерода + метастабильный е-карбид), незначительно изменяет твердость металла, применяют для уменьшения остаточных закалочных напряжений.

Средний отпуск, при котором из мартенсита формируется троостит отпуска, применяют в случаях, когда необходимо сочетание высокой прочности и повышенного предела упругости стали, что обеспечивается получением структуры троостита.

Высокий отпуск, при котором образуется сорбит отпуска, обеспечивает хорошее сочетание прочности, пластичности, сопротивляемости динамическим нагрузкам. Троостит, сорбит и перлит, полученные в результате отпуска, отличаются от структур с тем же названием, которые получают при непрерывном охлаждении стали из аустенитной области: цементит в них имеет сферическую форму (так называемый зернистый цементит).

Термическая обработка, которая состоит из закалки и высокого отпуска, называется термическим улучшением.

Отпуск легированных сталей отличается от отпуска углеродистых сталей тем, что на фазовые превращения оказывают влияние такие легирующие элементы, как хром, ванадий, молибден и вольфрам. Во-первых, они замедляют процесс распада мартенсита, сдвигая его к более высоким температурам. Это позволяет сохранить твердость и более полно снять остаточные напряжения.

Свойство стали сохранять твердость после отпуска при температуре выше 450 °C называется теплостойкостью. Изделия из теплостойких сталей можно применять для работы при более высоких температурах, чем изделия из углеродистых сталей.

Во-вторых, в сталях, содержащих хром, молибден, вольфрам более 3 % (суммарно), при температуре выше 450 °C происходит дополнительный распад аустенита с образованием дисперсных частиц карбидов Сr7С3, VC, Мo2С, W2C (их называют спецкарбидами). Это вызывает упрочнение сталей, которое называется вторичным твердением (рис. 13.16), а сами стали — вторично твердеющими.

Среднелегированные вторично твердеющие стали широко используются в качестве материала для инструментов горячего деформирования, так как сплавы обладают повышенной прочностью при рабочих температурах.