Отпуск и старение

О т п у с к представляет нагрев закаленных стальных изделий до температур ниже точки Ас₁ с выдержкой и последующим медленным охлаждением. В результате отпуска изделия получают окончательное структурно-фазовое состояние с требуемыми характеристиками прочности и пластичности. Наибольшее влияние на процессы отпуска сталей и свойства изделий оказывает температура нагрева, в зависимости от которой отпуск разделяется на низкий, средний и высокий.

Низкий отпуск заключается в нагреве закаленных изделий до температур 120…250^оС, с выдержкой и последующим медленным охлаждением. В этих условиях происходит уменьшение пересыщенности мартенсита углеродом за счет выделения измельченных частиц цементита с их равномерным распределением в структуре, а также протекает распад остаточного аустенита. Благодаря этом процессам образуется отпущенный мартенсит с цементитными включениями и некоторой долей остаточного аустенита. При этом уменьшаются остаточные напряжения, несколько увеличивается твердость, снижается хрупкость с улучшением пластичности и ударной вязкости.

Применяется низкий отпуск для деталей, прошедших поверхностную закалку, химико-термическую обработку, а также для различных других деталей и инструмента из среднеуглеродистых и низколегированных сталей.

Средний отпуск выполняется при температурах 350…500^оС с необходимой выдержкой и последующим охлаждением в воде. За счет такого воздействия в стали завершается выделение цементита из мартенсита, и он становится ферритом, цементитные частицы укрупняются и округляются. Получившаяся феррито-цементитная смесь по своей твердости соответствует трооститу и называется трооститом отпуска. Он отличается высокими пределами упругости и выносливости, поэтому среднему отпуску подвергают изделия пружинно-рессорного типа.

Высокий отпуск характеризуется нагревом до температур 500…680^оС с выдержкой и окончательным охлаждением на воздухе. При таких условиях происходит уменьшение плотности дислокаций в ферритных зернах, которые так же, как частицы цементита укрупняются и округляются, образуя структуру сорбит отпуска. По сравнению с пластинчатым сорбитом отжига он отличается сочетанием улучшенных значений твердости, прочности, пластичности, ударной вязкости. Поэтому полная закалка с высоким отпуском называется улучшением и применяется для изделий из среднеуглеродистых сталей, испытывающих действие знакопеременных и ударных нагрузок.

Изделия из некоторых легированных сталей для предотвращения отпускной хрупкости при высоком отпуске следует охлаждать в масле или в воде.

С т а р е н и е соответствует протеканию процессов выделения цементита из феррита низкоуглеродистых сталей или из мартенсита высокоуглеродистых закаленных сталей, чем достигается улучшение прочности и снижение хрупкости.

Изделия из низкоуглеродистых сталей (технического железа) после ускоренного охлаждения с температуры 650…700^оС из ферритного состояния, что происходит при различных видах обработки, приобретают повышенную хрупкость из-за образования пересыщенного твердого раствора углерода в Fe_α. Неустойчивость данной структуры приводит со временем к образованию атмосфер Коттрелла в виде скоплений атомов углерода или распаду твердого раствора с выделением третичного цементита, что улучшает прочность и пластичность. Изделия из высокоуглеродистых сталей после закалки с образованием мартенсита получают в этих условиях уменьшение степени его пересыщенности углеродом с выделением цементита, что также сопровождается улучшением прочности и пластичности.

Естественное старение представляет протекание вышеуказанных процессов при нормальной температуре в течение длительного времени (несколько суток или месяцев).

Искусственное старение предусматривает нагрев изделий до температур 50…150^оС, чем обеспечивается значительное ускорение процессов, сокращающее их продолжительность до нескольких часов, и повышение показателей прочности и пластичности.