Назначение режима отпуска закалённой стали

По температуре нагрева различают низкий, средний и высокий отпуск. Подробные сведения о фазовых и структурных превращениях можно получить, обратившись к разделу 5.3.4 данного методического руководства.

Низкий отпуск на отпущенный мартенсит в интервале температур 150 … 250^ОС широко применяют после закалки инструментов, цементованных и цианированных изделий. Цель низкого отпуска – уменьшение остаточных закалочных напряжений. Температуру низкого отпуска выбирают такой, чтобы твёрдость и износостойкость не снизились или снизились слабо. выдержка при температуре низкого отпуска обычно не превышает 1…3 ч.; при дальнейшем увеличении выдержки остаточные напряжения уменьшаются весьма слабо, и более продолжительный отпуск теряет смысл.

Разновидностью низкого отпуска является так называемый стабилизирующий отпуск. в закалённой стали даже при комнатной температуре, а тем более в результате климатических колебаниях температуры происходят медленные (в течение многих лет) процессы распада мартенсита, перехода остатаочного аустенита в мартенсит и снятия напряжений. Все эти явления ведут к постепенному изменению размеров изделия. Для таких изделий, как мерительный инструмент высокого класса точности и прецизионные подшипники, недопустимы изменения размеров даже на несколько микрометров. Поэтому размеры изделий следует стабилизировать. Вредное влияние остаточного аустенита устраняют, уменьшая его количество при обработке холодом. Стабилизации мартенсита и напряжённого состояния способствует низкий (стабилизирующий) отпуск при 100 … 180^ОС с выдержкой до 30, а иногда и до 150 часов.

Средний отпуск на троостит (350 … 450^ОС) проводится сравнительно редко. Его используют тогда, когда необходимо сочетание высокой прочности, высокой упругости и вместе с тем достаточной вязкости. Среднему отпуску подвергают пружина и рессоры.

Высокий отпуск на сорбит (450 … 650^ОС) широко применяют в машиностроении к изделиям из конструкционных сталей, которые должны обладать не только достаточной прочностью, но и хорошей сопротивляемостью ударным нагрузкам. Выдержку при высоком отпуске – обычно несколько часов – подбирают опытным путём для получения заданного сочетания свойств конкретной марки стали.

Квазиэвтектоидную сорбитную структуру в доэвтектоидной стали можно получить нормализацией, подавляющей выделение избыточного феррита при охлаждении, непосредственно из аустенита (см. разд. 5.3.2). При этом достигается твёрдость, равная твёрдости стали после высокого отпуска. Однако при одинаковой твёрдости относительное сужение и ударная вязкость будут значительно выше у высокоотпущенной стали. Объясняется это тем, что твёрдость стали зависит, главным образом, от дисперсности феррито-цементитной смеси, а на относительное сужение и ударную вязкость сильно влияет форма цементитных частиц. В сорбите, полученном при распаде переохлаждённого аустенита цементит имеет форму длинных пластин, а в сорбите отпуска – форму коротких пластинок с округлыми краями или сфероидальную форму, обеспечивающие более высокую вязкость.

Двойная операция получения сорбита – закалка с высоким отпуском - называется улучшением. Эту операцию применяют к среднеуглеродистым сталям с концентрацией углерода 0,35 … 0,60 мас.%. Такие стали относят к классу улучшаемых в отличие от низкоуглеродистых цементуемых.

Качество закалки сильно сказывается на свойствах стали после высокого отпуска. Деталь при улучшении должна прокаливаться насквозь. Если этого не происходит, внутренние, не закалённые на мартенсит слои, после высокого отпуска при одинаковой твёрдости будут иметь меньшую ударную вязкость, чем внешние, так как первые будут содержать пластинчатый цементит, а вторые – зернистый. Если при охлаждении при закалке не было полностью подавлено выделение избыточного феррита во внутренних слоях, то понижается не только ударная вязкость KCV, но и временное сопротивление σ_в, твёрдость HB и особенно усталостная прочностьσ_-1. Всё сказанное иллюстрируется на примере стали 45 данными таблицы 4.2.

Таблица 4.2 – Сравнение комплекса механических свойств заготовок

из стали 45 различного диаметра после улучшения