2.3.3 Відпуск
Відпуском називається термічна операція, що включає нагрівання до температури нижче АС1, витримку при заданій температурі і подальше охолоджування із заданою швидкістю, яка забезпечує більш рівноважний стан металу.
При відпуску відбувається зменшення внутрішніх напруг, і чим більше значення, тим вища температура відпуску. Підвищення швидкості охолоджування з температури відпуску приводить до збільшення залишкових напруг. Наприклад, при охолоджуванні у воді після відпуску (застосовується для усунення відпускної крихкості) рівень виникаючих напруг може бути на порядок вище в порівнянні з охолоджуванням тієї ж деталі на повітрі.
З підвищенням температури відпуску твердість і міцність знижуються, а пластичність і ударна в'язкість підвищуються.
Залежність твердості від температури відпуску якісно має такий вигляд. З підвищенням температури відпуску вона знижується в результаті збільшення частинок карбідів і збіднення вуглецем -твердого розчину. У високовуглецевих сталях при відпуску до 100°С має місце підвищення твердості на 1-2HRC в результаті перетворення тетрагонального мартенситу у відпущений, а при відпуску при 200…250°С можливе деяке підвищення твердості в результаті перетворення залишкового аустеніту в більш твердіший відпущений мартенсит.
Нагрів до 300оС приводить до підвищення меж міцності і пружності, а при подальшому підвищенні температури відпуску відбувається їх зниження.
Пластичні властивості збільшуються з підвищенням температури відпуску і найбільша пластичність відповідають відпуску при 600...650оС. Відпуск при вищих температурах вже не підвищує пластичність.
Ударна в'язкість у загартованій вуглецевій сталі зберігається низкою аж до температури відпустки 400оС, після чого починається її інтенсивне підвищення до досягнення максимуму при 600оС.
Розрізняють три види відпуску: низькотемпературний, середньотемпературний і високотемпературний.
Низькотемпературний відпуск здійснюється в інтервалі температур 80…200оС. У результаті його проведення мартенсит гартування перетворюється на мартенсит відпуску, що має підвищену ударну в'язкість і пластичність в порівнянні з мартенситом гартування при практично тій же твердості. Тому низькотемпературному відпуску піддають різальний і вимірювальний інструменти з вуглецевих і низьколегованих сталей, а також деталі після поверхневого гартування і цементації.
Середньотемпературний відпуск проводять при температурах 350…500оС, внаслідок чого утворюється дисперсна ферито-цементитна суміш із зернистою формою цементитних частинок, звана трооститом відпуску. Троостит володіє підвищеними значеннями межі текучості і твердістю до 450…500НВ. Середньотемпературному відпуску піддаються ресори і пружини.
Високотемпературний відпуск проводиться при температурах 500…650оС. Утворюється структура, яка складається з феритної основи та коагульованих і сфероідизованих частинок цементиту і називається сорбітом відпуску. Сорбіт відпуску володіє високим комплексом міцностних і пластичних властивостей, ударної в'язкості і низькою перехідною температурою холодноламкості.
Термічна обробка, що складається з гартування і високотемпературного відпуску, називається поліпшенням.
При проведенні відпуску можливий прояв відпускної крихкості, що виявляється в зниженні ударної в'язкості. Розрізняють два роди відпускної крихкості (рис. 16).
1 – швидке охолоджування; 2 – повільне охолоджування
Рисунок 16 – Зміна ударної в'язкості сталі залежно від температури
відпуску і подальшої швидкості охолоджування
Відпускна крихкість першого роду виявляється при відпуску біля 300оС у всіх сталей, незалежно від їх складу і швидкості охолоджування після відпуску.
Відпускна крихкість другого роду виявляється після відпуску вище 500оС і виявляється тільки при повільному охолоджуванні з температури відпуску. Схильність до відпускної крихкості другого роду виявляється у сталей, легованих марганцем, хромом, нікелем за наявності в ній більше 0,001% фосфору.
Для сталей, схильних до відпускної крихкості другого роду, слід передбачати швидке охолоджування після відпуску або застосовувати сталі, леговані молібденом, що уповільнює її розвиток. Але ефективнішим є застосування чистих сталей за фосфором, а також за домішками упровадження (кисню, азоту, водню) і кольоровими металами.