Краткие сведения из теории

Закаленная на мартенсит сталь находится в неравновес­ном, сильно напряженном состоянии. Она обладает высокой твердостью и хрупкостью. Для снижения внутренних напря­жений и повышения пластичности и вязкости закаленная сталь подвергается отпуску.

Отпуск — это нагрев закалённой стали до температур, ле­жащих ниже точки Ас₁, выдержка при этих температурах и последующее охлаждение на воздухе.

При отпуске происходят диффузионные процессы, связан­ные с распадом мартенсита и остаточного аустенита. В ре­зультате этих превращений образуется зернистая структура, состоящая из ферритно-цементитной смеси различной степени дисперсности.

Степень распада мартенсита зависит от температуры от­пуска. Чем выше температура отпуска, тем больше скорость диффузии и тем больше степень распада мартенсита.

Первое превращение при температурах 80—200°С состоит в уменьшении степени тетрагональности мартенсита, что свя­зано с образованием карбида железа, когерентно связанного с кристаллической решеткой мартенсита. Мартенсит закалки (М_з) превращается в мартенсит отпуска. Мартенсит отпуска (М_о) обладает большей травимостью, чем мартенсит закалки, поэтому иглы мартенсита отпуска имеют более темную окраску, чем иглы мартенсита закалки.

Второе превращение при температурах 200—300°С состоит в превращении остаточного аустенита в мартенсит отпуска.

Для низко- и среднеуглеродистых сталей, имеющих после закалки небольшое количество остаточного аустенита (менее 3%), влияние этого превращения незначительно.

Третье превращение, происходящее при температурах 300 - 400°С, состоит в распаде мартенсита на феррито-цементитную смесь высокой степени дисперсности. Такая смесь феррита и цементита называется трооститом отпуска ( Т_о). Строение троостита выявляется только при больших увеличениях на электронном микроскопе. На микрошлифах, исследуемых под оптическим микроскопом, троостит имеет темную окраску. На рис. 2приведена микро­структура стали 40, а на рис. 3 — стали У10 после отпуска.

Рис. 2. Микроструктура зака­ленной Рис. 3. Микроструктура зака­ленной стали стали 40 после отпуска при тем- У10 после отпус­ка при температуре пературе 300°С: троосто-мартенснт 300°С: троосто-мартенснт + цементит

Четвертое превращение при температурах 400—600°С со­стоит в коагуляции (укрупнении) цементита и феррита. После отпуска при температурах 500—600°С структура ферритно-цементитной смеси имеет зернистое строение средней степени дисперсности. Такая струк­тура называется сорбитом отпуска ( С_о). На рис. 4 приведена микрострук­тура стали 40, а на рис. 5 — стали У10 после отпуска.

Рис. 4. Микроструктура зака­ленной Рис. 5. Микроструктура зака­ленной стали 40 после отпу­ска при тем- стали У10 после отпу­ска при темпе-

пературе 600°С - сорбит отпуска ратуре 600°С: сор­бит отпуска и це-

ментит

В процессе отпуска уменьшаются внутрен­ние напряжения, изменяются структура и механические свой­ства закаленной стали - повышаются вязкость и пластичность металла.

Практически различают три вида отпуска: низкий, сред­ний и высокий.

Низкий отпуск производится при температу­рах 150 - 200°С, с выдержкой от двух -трех часов до нескольких десятков часов. После низкого отпуска получается структура мартенсита от­пуска.Этот вид отпуска назначается для снятия внутренних напряжений без заметного снижения твердости и прочности. Низкий отпуск применяется для режущего и мерительного инструмента, цементованных и других деталей, которые должны обладать высокой твердостью и износостойкостью.

Средний отпуск производится при температурах 350— 450°С, с выдержкой в течение одного—двух часов. После сред­него отпуска доэвтектоидной стали, предварительно подвергнутой полной закалке образуется троостит отпуска. Изменяются механические свойства, особенно повышаются упругие свойства стали. Средний отпуск применяется для рессор, пружин и других деталей, которые должны обладать высокой упру­гостью.

Высокий отпуск производится при температуре 500—600°С с выдержкой от 0,5—до 1 часа. После высокого отпуска доэвтектоидной стали, предварительно подвергнтой полной закалке, по­лучается структура сорбита отпуска. Такая сталь обладает наилучшим сочетанием прочности и твердости с пластичностью и вязкостью.

Сочетание закалки с высоким отпуском называется улуч­шением стали или обработкой на сорбит.

Механические свойства улучшенной стали вы­ше, чем у отожженной, что объясняется различием в строении троостита и сорбита отпуска от троостита и сорбита, образующихся при распаде аустенита. Троостит и сорбит отпуска имеют зернистую формувыделений цементита, а при распадеаустенита цементит имеет пластинчатую форму. Зернистая или глобулярная форма выделений создаёт меньшую концентрацию напряжений при приложении нагрузок. Улучшению под­вергаются ответственные детали машин, которые испытыва­ют в эксплуатации ударные или повторнопеременные нагруз­ки (коленчатые валы, оси, шестерни и др.).