Отпуск заключается в термической обработке закаленной стали, которая включает нагрев до определенной температуры ниже Ас₁, выдержку при этой температуре и последующее охлаждение с определенной скоростью. Отпуск является финальной термической операцией, которая придает стали необходимые механические свойства. Кроме того, отпуск полностью или частично устраняет внутренние напряжения, возникающие после закалки. Чем выше температура отпуска, тем полнее снятие этих напряжений. Например, осевые напряжения в цилиндрическом образце стали с содержанием углерода 0,3%, после отпуска при 550°C, снижаются с 600 до 80 МПа.
Наиболее интенсивное снятие напряжений происходит в результате выдержки при 600°C в течение 15-30 минут. После выдержки в течение 1,5 часов, напряжения снижаются до минимального значения, достигаемого при данной температуре отпуска.
Скорость охлаждения после отпуска оказывает значительное воздействие на величину остаточных напряжений. Чем медленнее охлаждение, тем меньше остаточные напряжения. Быстрое охлаждение в воде после отпуска при 600°C создает новые тепловые напряжения. Охлаждение на воздухе после отпуска вызывает напряжения на поверхности изделия, которые в 7 раз меньше, чем напряжения при охлаждении в воде, а охлаждение в масле в 2,5 раза меньшие. Поэтому, чтобы избежать деформации и коробления изделий сложной формы после отпуска при высоких температурах, их следует охлаждать медленно. А изделия из легированных сталей, которые имеют тенденцию к обратимой отпускной хрупкости, следует охлаждать быстро после отпуска при 500-650°C во всех случаях.
Воздействие температуры отпуска оказывает основное влияние на свойства стали. Существуют три вида отпуска, которые можно выделить:
- Низкотемпературный (низкий) отпуск проводится при нагреве до 250 °C.
В результате этого процесса происходит снижение закалочных макронапряжений, мартенсит, образовавшийся в результате закалки, превращается в отпущенный мартенсит, а также увеличивается прочность и немного улучшается вязкость без значительного снижения твердости. Закаленная сталь (содержащая 0,6-1,3% углерода) после низкотемпературного отпуска сохраняет свою твердость в пределах
HRC 58-63, что обеспечивает высокую износостойкость. Однако, такие изделия, если они не имеют вязкого сердцевины, не выдерживают значительных динамических нагрузок.
Низкотемпературный отпуск применяется для режущего и мерительного инструмента из углеродистых и низколегированных сталей, а также для деталей, претерпевших поверхностную закалку, цементацию, цианирование или нитроцементацию. Продолжительность отпуска обычно составляет
1-2,5 часа, но для изделий больших сечений и измерительных инструментов назначается более длительный отпуск. - Среднетемпературный (средний) отпуск проводится при температуре
350—500 °C и используется в основном для пружин, рессор и штампов. Такой отпуск обеспечивает высокие пределы упругости и выносливости и релаксационную стойкость.. Структура стали после среднего отпуска представляет собой троостит отпуска или троостомартенсит, а твердость составляет HRC 40—50 единиц. Температуру отпуска надо выбирать таким образом, чтобы не вызвать необратимой отпускной хрупкости.
Охлаждение после отпуска при 400—450 °C следует выполнять в воде, так как это способствует образованию сжимающих остаточных напряжений на поверхности, что увеличивает предел выносливости пружины. - Высокотемпературный (высокий) отпуск проводят при температуре
500—680 °C. Структура стали после высокого отжига представляет собой сорбит отпуска. Высокий отпуск создает оптимальное соотношение прочности и вязкости стали.
Использование закалки с высоким отпуском (поставленным в сравнение с нормализацией или отжигом) существенно улучшает временное сопротивление, предел текучести, относительное сужение и, особенно, ударную вязкость. Такая термическая обработка, состоящая из закалки и последующего высокого отпуска, известна как улучшение.
Данному процессу подвергаются среднеуглеродистые (с содержанием углерода от 0,3 до 0,5%) конструкционные стали, у которых предъявляются высокие требования по пределу выносливости и ударной вязкости. Улучшение значительно повышает конструктивную прочность стали, уменьшает чувствительность к концентраторам напряжений, повышает работу развитию трещин и снижает температуру порога хладноломкости. Однако, износостойкость улучшенной стали не является высокой из-за снижения ее твердости.
Отпуск при температуре 550-600 °C в течение 1-2 часов практически полностью снимает остаточные напряжения, возникшие при процессе закалки. Продолжительность высокого отпуска зависит от размеров изделия и составляет от 1 до 6 часов. Иногда она может быть увеличена до нескольких десятков часов для снижения возможности образования флокенов.
Источник: "Металловедение и термическая обработка металлов" М.Ю. Лахтин.