Сорбит, троостит или бейнит образуются при охлаждении стали из аустенитной области со скоростью, меньшей _кр. Эти структуры часто образуются в отливках, а также в поковках, штамповых заготовках и сортовом прокате из легированных сталей при охлаждении их на воздухе от температуры деформации. При нагреве до температур, меньших температуры А₁, будут происходить структурные изменения, т.е. указанные структуры тоже «отпускаются».

При нагреве углеродистых сталей с дисперсными перлитными структурами происходят коагуляция и сфероидизация карбидов. В легированных сталях возможны и карбидные превращения: если перлитная структура появилась при значительном переохлаждении аустенита (например, структура троостита), когда образование специальных карбидов затруднено, отпуск при 600 – 700  вызовет превращение цементита в специальный карбид.

При отпуске бейнитных структур, помимо указанных процессов, происходит выделение карбидов из α–твердого раствора и изменение структуры феррита, как и при отпуске мартенсита.

Свойства отпущенной стали

Твердость отпущенной стали определяется нескольким факторами: уменьшение тетрагональности решетки, степени фазового наклепа и укрупнение карбидных частиц вызывают снижение твердости; выделение когерентных кристаллов ε-карбида и дисперсных кристаллов специальных карбидов, а также распад остаточного аустенита способствуют ее повышению.

В конструкционных сталях, в которых количество углерода обычно не превышает 0,7%, твердость уменьшается непрерывно, однако ее снижение невелико до 100 – 120 . В инструментальных сталях с более высоким содержанием углерода эффект твердения вследствие выделения ε-карбида преобладает, поэтому твердость при отпуске до 100 – 120  несколько увеличивается. Изменение твердости углеродистых сталей в интервале температур превращения 200 – 260   в большой степени зависят от количества остаточного аустенита; например, в стали с содержание 1,2%C в интервале 200 – 300  интенсивность снижения твердости уменьшается (рис. 7.23, а).

Аналогично изменяется твердость при отпуске низколегированных и среднелегированных сталей, не содержащих карбидообразующих легирующих элементов. Сильные карбидообразователи задерживают выделение карбидов железа, поэтому при температуре отпуска до 200 – 300 твердость снижается незначительно (рис. 7.23, б). При температурах выделения дисперсных специальных карбидов в сложнолегированных сталях (Cr. W, V; Mo, V и др.) происходит повышение твердости несмотря на уменьшение содержания углерода в мартенсите. Увеличение твердости у сталей с хромом, вольфрамом (молибденом) и ванадием наблюдается при температуре 500 – 600 .

Для закаленной и неотпущенной сталей характерно довольно низкие значения временного сопротивления, предела упругости и предела текучести; при отпуске до 300  эти характеристики прочности возрастают, а при дальнейшем ее повышении монотонно снижаются. Наиболее высокое отношение σ_0,2/σ_в в конструкционных сталях достигается после отпуска при 450 – 650  (рис. 7.24).

Характеристики пластичности δ и ψ возрастают по мере повышения температуры отпуска (см. рис. 7.24). ударная вязкость непосредственно после закалки низкая. С повышением температуры отпуска ударная вязкость увеличивается, однако есть два температурных интервала, при которых у конструкционных сталей она заметно снижается: 250 – 350 500 – 600 . Понижение вязкости соответственно называют отпускной хрупкостью I и II рода (рис. 7.25). Природа охрупчивания сталей после отпуска при указанных температурах недостаточно ясна.

Понижение ударной вязкости после отпуска при 250 – 350  наблюдается у всех конструкционных сталей независимо от степени легирования. Заметное падение ударной вязкости после отпуска при 500 – 600  наблюдается только у легированных конструкционных сталей – хромистых, марганцевых, хромоникелевых, хромомарганцевых и т.д. снижения вязкости почти не происходит в случае быстрого охлаждения от температуры отпуска (в воде или масле). Отпускная хрупкость II рода заметно подавляется даже при медленном охлаждении от температуры отпуска дополнительным легированием сталей молибденом или вольфрамом в количестве 0,3 и 1% соответственно.

Комплексную термическую обработку, состоящую из полной закалки и высокого отпуска конструкционных сталей, называют улучшением.