Влияние температуры отпуска на структуру стали
В процессе отпуска неравновесное состояние – мартенсит закалки – претерпевает диффузионное превращение и переходит в более устойчивое состояние. Температура нагрева при отпуске зависит от назначения стали. При нагреве до различных температур могут быть получены различные сочетания твёрдости и вязкости. Выполнение одного из видов отпуска закалённой на мартенсит стали является обязательной операцией.
Низкий отпуск (150–200 °С) назначается для инструментальных сталей (0,7–1,3 % углерода) для повышения вязкости (КСU ≈ 0,2 МДж/м2) при сохранении твёрдости (до НRС 60). Такому виду отпуска подвергают режущий, мерительный, слесарный и штамповый инструмент.
При нагреве до 200 °С частично снимаются внутренние напряжения, так как внутри твёрдого раствора незначительное количество углерода, взаимодействуя с железом, образует ε-карбид (FеXС, где X = 2,0–2,4), а содержание углерода в основном объёме мартенсита снижается. Это приводит к повышению вязкости стали практически без разупрочнения, т. е. без снижения прочности и твёрдости. Полученную структуру называют мартенситом отпуска.
При повышении температуры до 300–400 °С (средний отпуск) мартенсит закалки распадается на феррит и цементит. Наличие феррита – фазы с весьма низкой твёрдостью разупрочняет сталь, но повышает её вязкость (рис. 4.5.4). Структура, полученная средним отпуском, называется трооститом отпуска – весьма дисперсная ферритоцементитная смесь зернистой формы. В этой смеси цементит имеет форму, близкую к округлой (зернистой).
Среднему отпуску подвергаются изделия типа рессоры и пружины из конструкционных сталей с содержанием углерода 0,5–0,7 % для получения
твёрдости НRС 40, повышенных значений предела упругости и ударной вязкости (КСU ≈ 0,4 МДж/м2).
Дальнейшее повышение температуры до 500–600 °С (высокий отпуск) приводит к коагуляции (укрупнению) цементитных частиц за счёт растворения более мелких, что обусловливает дальнейшее разупрочнение стали и повышение вязкости. Структура, полученная при высоком отпуске, называется сорбитом отпуска – дисперсная ферритоцементитная смесь зернистой формы.
Рис. 4.5.4. Зависимость твердости закаленной стали от температуры отпуска
Высокий отпуск выполняется для конструкционных сталей с содержанием углерода 0,3–0,5 % для получения твердости до НRС 35 и наивысшей ударной вязкости (КСU ≈ 1,2 МДж/м2), исключающей хрупкое разрушение изделий типа валов, шатунов.
Время выдержки при отпуске назначается примерно в 2 раза больше, чем время выдержки при закалке. Это обусловлено, во-первых, тем, что прогрев изделий при температурах отпуска происходит медленнее, чем при температурах нагрева при закалке, и, во-вторых, значительной длительностью диффузионного процесса распада мартенсита на феррито-цементитную смесь при пониженных температурах отпуска.
Скорость охлаждения после отпуска существенного влияния на структуру и свойства сталей не оказывает, поскольку все превращения должны завершиться в процессе выдержки при температуре отпуска. Обычно охлаждение выполняется в воду, либо на спокойном воздухе.