Нагрев закаленных сталей до температур, не превышающих А₁, назы- вают отпуском. В результате закалки чаще всего получают структуру мар- тенсита с некоторым количеством остаточного аустенита. Процесс нагрева и выдержки закаленной стали сопровождается превращением мартенсита и остаточного аустенита. В результате этого превращения уменьшаются внутренние напряжения и хрупкость, повышаются вязкость и пластич- ность.

Фазовые превращения при отпуске закаленной стали можно показать в виде схемы (рис. 8.5).

Рис. 8.5. Схема фазовых превращений при отпуске закаленной стали

При низкотемпературном отпуске (150–300 °С) из мартенсита выде- ляется часть избыточного углерода с образованием мельчайших карбид- ных частиц. Дисперсные кристаллы S -карбида когерентны с решеткой мартенсита. В мартенсите остается около 0,2 % растворенного углерода. Распад остаточного аустенита происходит по механизму бейнитного пре- вращения: образуется смесь кристаллов низкоуглеродистого мартенсита и

дисперсных карбидов. При температуре около 250 °С начинается превра- щение S -карбида в цементит; при этом когерентность решеток α-твердого раствора и карбида нарушается.

При среднем отпуске (350–400 °С) из мартенсита выделяется весь из- быточный углерод с образованием цементитных частиц. При этом тетра- гональность решетки железа уменьшается, она становится кубической. В результате вместо мартенсита остается феррит. Такая феррито- цементитная смесь называется трооститом отпуска, а процесс, приводя- щий к таким изменениям, среднетемпературным отпуском. При таком нагреве значительно уменьшаются внутренние напряжения и снижается плотность дислокаций.

При более высоких нагревах (500 °С и выше) в углеродистых сталях происходят изменения структуры, не связанные с фазовыми превращения- ми: изменяются форма, размер карбидов и структура феррита. С повыше- нием температуры происходит коагуляция – укрупнение частиц цементи- та. Форма кристаллов постепенно становится сферической – этот процесс назвали сфероидизацией.

Коагуляция и сфероидизация карбидов происходят с заметной скоро- стью, начиная с температуры 400 °С. Зерна феррита становятся крупными и их форма приближается к равноосной. Феррито-карбидная смесь, кото- рая образуется после отпуска при температуре 400–600 °С, называется сорбитом отпуска. При температуре, близкой к точке А₁, образуется гру- бая феррито-цементитная смесь – зернистый перлит.

Влияние температуры отпуска на механические свойства стали с 0,4 %

углерода показано в таблице 8.1.

Таблица 8.1

При отпуске некоторых сталей возможны негативные явления – отпу- скная хрупкость. Это снижение ударной вязкости сталей, отпущенных при температуре 250–400 и 500–550 ºС (рис. 8.6).

Первый вид отпуска называется необратимой хрупкостью (Ι рода); присущ практически всем сталям и обусловлен неоднородным выделением карбидов из мартенсита. Повторный отпуск при более высокой температу- ре (400–500 °С) снимает хрупкость и сталь становится к ней не склонной

даже при повторном нагреве при 250–400 °С. В связи с этим эта хрупкость получила название необратимой. Отпуск сталей, склонных к этому виду хрупкости при температурах 250–400 °С, не назначается. Этот род хруп- кости не зависит от скорости охлаждения после отпуска.

0,012

0,006

0    150  300   450      600

Температура отпуска, °С

Рис. 8.6. Влияние температуры отпуска на ударную вязкость стали:

Ι – зона необратимой отпускной хрупкости; ΙΙ – зона обратимой отпускной хрупкости

Второй вид отпускной хрупкости (ΙΙ рода) является обратимым. Про- является он при медленном охлаждении легированной стали при темпера- туре 500–550 °С. Данная хрупкость может быть устранена повторным от- пуском с большой скоростью охлаждения. В этом случае устраняется при- чина этой хрупкости – выделение карбидов по границам бывших аусте- нитных зерен. Устранение отпускной хрупкости легированных сталей воз- можно введением в них малых добавок молибдена (0,2–0,3%) или вольф- рама (0,5–0,7%).