Отпуск сталей.
Отпуск – финишная термическая обработка, заключающаяся в нагреве закаленной стали до температур ниже Ас1, выдержке и последующем охлаждении с определенной скоростью.
Отпуск проводят для :
а) снижения или полного устранения внутренних напряжений;
б) уменьшения хрупкости закаленной стали;
в) получения требуемой структуры и механических свойств.
В зависимости от температуры (рис. 3.13) отпуск делят на:
а) низкий;
б) средний,
в) высокий.
Рис. 3.13 а - температурные области нагрева под отпуск, структуры закалки и продуктов распада: б – мартенсит закалки, в – мартенсит отпуска, г – троостит отпуска, д – сорбит отпуска.
Низкий – нагрев до 250 0С, выдержка в течение 1…1,5 ч и охлаждение. После него мартенсит закалки превращается в мартенсит отпуска (рис. 3.13, в).
Преимущества:
а) повышается прочность и несколько – вязкость;
б) снижаются закалочные напряжения;
в) твердость остается высокой (58…63 HRCэ) и почти не снижается по сравнению с закаленной сталью.
Применение:
а) для режущего и измерительного инструмента, деталей подвергаемых поверхностной закалке, цементации, нитроцементации.
Средний – нагрев до 350…500 0С, выдержка в течение 1…8 ч и охлаждение на спокойном воздухе. После него образуется троостит отпуска или троосто-мартенсит (рис. 3.13, г).
Преимущества:
а) высокие пределы упругости и выносливости.
Применение:
а) для пружин, рессор, штампового инструмента.
Высокий – нагрев до 500…680 0С, выдержка в течение 1…6 ч и охлаждение на воздухе (для легированных сталей применяют охлаждение в воде или масле с целью предотвращения отпускной хрупкости). После него сталь состоит из сорбита отпуска (рис. 3.13, д).
Преимущества:
а) наилучшее соотношение прочности и вязкости.
б) твердость 25…30 HRCэ.
Применение:
а) для нагруженных деталей из среднеуглеродистых конструкционных сталей.
Термомеханическая обработка стали (тмо).
ТМО стали – заключается в сочетании пластической деформации стали в аустенитом состоянии с последующей закалкой.
Рис. 3.14 Схемы режимов термомеханической обработки и структуры стали:
а – высокотемпературного; б – низкотемпературного.
В зависимости от температуры, при которой деформируют сталь, различают термомеханическую обработку (рис. 3.14):
высокотемпературную (ВТМО) – сталь нагревают выше Ас3 , пластически деформируют при этой температуре и закаливают (рис. 3.14, а). Степень деформации 20…30 %. Закалка следует сразу после деформации и во избежание развития рекристаллизации.
Применение:
а) любые стали.
низкотемпературную (НТМО) – сталь нагревают выше Ас3, выдерживают при этой температуре, охлаждают до температуры выше точки Мн (400…600 0С), но ниже температуры рекристаллизации, при этой температуре осуществляют обработку давлением (рис. 3.14, б). Степень деформации 75…95 %. Затем сразу проводят закалку и низкотемпературный отпуск.
Применение:
а) стали с повышенной устойчивостью переохлажденного аустенита – т.е. легированные.
В табл. 3.3 приведены усредненные механические свойства сталей после различных видов обработки.
Табл. 3.3
Повышенная прочность в процессе ТМО по сравнению с обычной закалкой объясняется тем, что:
наклепом аустенита, в результате чего создается повышенная плотность дислокаций, наследуемая образующимся при закалке мартенситом, который тогда имеет меньший уровень остаточных напряжений.
В настоящее время чаще применяют ВТМО – т.к. она обеспечивает более высокие прочность, пластичность и ударную вязкость при меньшей степени деформации. ВТМО осуществляют в цехах прокатного производства на металлургических заводах для упрочнения прутков нефтенасосных штанг, рессорных полос, труб и пружин.