Отпуск стали

Отпуск – термическая обработка, состоящая из нагрева стали до температуры ниже А_С1, выдержки и охлаждения на воздухе или в воде. Отпуск проводится после закалки стали с целью снижения внутренних напряжений, повышения вязкости и получения требуемых механических свойств.

Первым структурным превращением при нагреве закаленных сталей является образование сегрегаций углерода, которое протекает путем:

а) образования примесных атмосфер на дислокациях, которое начинается сразу же после закалки и завершается через 1–2 часа. Для насыщения атмосфер углеродом на дислокациях в мартенсите тpeбуется примерно 0,2 % С ;

б) формирования кластеров в виде плоских одноатомной толщины скоплений атом углерода.

Кластеры образуются в мартенсите при температурах 80–100 ^ОС. Их появление приводит к значительным упругим искажениям кристаллической решетки мартенсита. С повышением температуры кластеры укрупняются.

При отпуске стали происходит распад мартенсита и остаточного аустенита по диффузионному механизму с выделением карбидных частиц.

Отпуск стали подразделяется на низкий, средний и высокий.

Низкий отпуск

Низкий отпуск закаленной стали проводится при температуре 160-200^ОС на структуру отпущенного мартенсита, представляющего собой обедненный углеродом мартенсит и когерентно связанные с ним -карбидные частицы Fe_2,4C в виде тонких пластин с гексагональной плотноупакованной кристаллической pешеткой. При этом твердость и прочность стали почти не изменяются, а пластичность и вязкость несколько повышаются.

Образование структуры отпущенного мартенсита сопровождается протеканием разупрочняющих и упрочняющих процессов.

К разупрочняющим процессам относятся обеднение углеродом мартенсита, уменьшение его тетрагональности, частичная релаксация остаточных (закалочных) микронапряжений.

К упрочняющим процессам относятся появление примесных атмосфер на дислокациях атомов углерода, образование кластеров и когерентных -карбидных частиц, вызывающих упругие искажения кристаллической решетки.

Следует отметить, что в сталях, содержащих менее 0,2% С, не происходит выделение -карбидов, так как большая часть атомов углерода находится в примесных сегрегациях вокруг дислокаций. В этой связи с этим при закалке таких сталей образуется не тетрагональный мартенсит, а перенасыщенный углеродом феррит, что не приводит к значительному повышению твердости.

Низкому отпуску подвергают режущий и измерительный инструмент из высокоуглеродистых и низколегированных сталей, а также детали, претерпевшие поверхностную индукционную закалку, цементацию и др.

Средний отпуск

Средний отпуск проводится при температурах 350–500^ОС и сопровождается нарушением когерентности -карбидных частиц и превращением их в обособленные кристаллы цементита зернистой формы. При этом полностью завершается выделение углерода из мартенсита, рентгеноструктурный анализ не показывает разницы между решетками мартенсита и феррита. Кристаллы мартенсита, сохраняя игольчатую или пластинчатую форму, превращаются на месте в кристаллы феррита.

Наряду с карбидными превращениями при этих температурах отпуска происходит полигонизация (образование субструктуры) феррита, сопровождающаяся заметным снижением прочности, повышением пластичностии и упругих свойств стали.

Образующаяся после среднего отпуска при 350–500 ^ОС структура стали называется трооститом отпуска, состоящего из мелкопластинчатых кристаллов феррита и высокодисперсных зернистых карбидных частиц и имеющего твердость 40–45 HRC.

Средний отпуск применяется в основном для пружин, рессор, штампов.