Отпуск и термическая обработка - сбор информации

Сталь после закалки становится твердой и хрупкой. Для улучшения пластических свойств и снятия закалочных напряжений применяется отпуск. Это термическая обработка, заключающаяся в нагревании закаленной стали до температуры ниже A_c1, выдержке при этой температуре, а затем охлаждении.

Отпуск не требуется после закалки с изотермическим преобразованием.

Виды отпуска

В зависимости от температуры различают низкий, средний и высокий отпуск.

Низкое отпускание проводится в диапазоне температур от 150 до 250 °C. Основная цель — снятие закалочных напряжений и сохранение высокой твердости и износостойкости. Применяется для инструментов, контрольных приборов, пружин из фортепианной проволоки и некоторых плоских, закаленных предметов и т. д.

Среднее отпускание осуществляется в диапазоне температур от 250 до 500 °C. Основная цель — повышение прочности на разрыв и упругости при достаточной ударной вязкости. Происходит значительное снижение твердости. Применяется для закаленных пружин, матриц, рессор и ударных инструментов - пневматических молотков, деталей автомобилей и т.д. Твердость стали после низкой и средней отпуска составляет от 40 до 60 HRC.

Высокое отпускание проводится при температурах выше 500 °C и ниже AC1. Основная цель — повышение ударной вязкости при достаточной прочности на растяжение и упругости. Происходит снижение твердости до уровня, при котором возможна механическая обработка изделия. Сочетание закалки и высокого отпуска называется термообработкой, о чем будет сказано далее в статье. Твердость стали после высокого отпуска составляет от 20 до 40 HRC.

Время отпускания на практике составляет от нескольких минут до нескольких часов. Более длительное время отпускания гарантирует однородность изделий.

Охлаждение

Как правило, углеродистые стали после отпуска охлаждаются на воздухе, но некоторые легированные стали (Cr, Ni, Mn) необходимо охлаждать в воде или масле, чтобы предотвратить хрупкость отпуска. В то же время охлаждение в воде или масле после отпуска при температуре выше 400 °C может вызвать внутренние напряжения. При отпускании при температуре до 300 °C скорость отпускания, как правило, не имеет большого значения.

Хрупкость отпускания

Некоторые стали подвержены хрупкости отпускания, то есть снижению механических свойств с одновременным снижением ударной вязкости и твердости. Хрупкость отпускания подразделяется на тип I и II:

Хрупкость отпуска типа I чаще всего встречается в низколегированных сталях, отпускаемых в диапазоне температур 250–450 °C. Эту хрупкость отпуска невозможно предотвратить, и стали, подверженные этому типу хрупкости, обычно отпускаются при низких температурах.

Хрупкость отпуска типа II чаще всего встречается в хромистых и никель-хромистых сталях, отпускаемых в диапазоне температур 450–550 °C. Эту хрупкость отпуска можно частично предотвратить, ускорив процесс охлаждения и охлаждая в масле.

Некоторые стали подвержены обоим типам хрупкости отпуска одновременно.

Термическая обработка

Термическая обработка представляет собой сочетание закалки и высокотемпературного отпуска, при котором обычно после закалки изделие охлаждается до стадии отпуска. Основная цель заключается в оптимизации механических свойств при сохранении возможности механической обработки. Термическая обработка применяется для обработки некоторых конструкционных сталей (например, 30Х, 45Х, 50ХМ, 35ХМ), инструментальных и быстрорежущих сталей. Название «термическая обработка» охватывает процедуры строго определенного характера, и это понятие не может быть расширено на любую закалку и отпуск. Закалка и отпуск приводят к значительному изменению механических свойств по сравнению с состоянием после нормализации. Термическая обработка, как правило, сохраняет аналогичную структуру механических свойств, лишь немного улучшая их для большинства практических применений.

Мерой теплового упрочнения является отношение R_e к R_m, предела пластичности к пределу прочности при растяжении.

Пример термической обработки: инструкция по закалке и отпуске быстрорежущей кобальт-молибденовой стали Р2АМ9К5  / 1.3247:

Закалка состоит из трех процессов нагрева. Сначала изделие нагревается до температуры около 580 °C, второй процесс нагрева проводится с повышением температуры до 850–950 °C. По окончании второй стадии нагрева материал аустетинизируется путем отжига при температуре 1170–1210 °C. Охлаждение осуществляется при температуре 550–570 °C в солевой ванне SH430. Первая отпускная закалка осуществляется при температуре 560 °C сразу после закалки. Вторая отпускная закалка проводится при температуре 530 °C. Каждый из вышеперечисленных процессов должен заканчиваться медленным охлаждением на воздухе.

Закалка с изотермической переменной определяется как одноступенчатая обработка и не требует дополнительной отпуска.

Библиография

Mikołaj Scelina, Atlas Metalograficzny struktur, Wydawnictwa naukowo-techniczne, 1964

Leszek Adam Dobrzański, Metaloznawstwo i obróbka cieplna, Wydawnictwa szkolne i pedagogiczne, 1986

Kornel Wesołowski, Metaloznawstwo i obróbka cieplna, Państwowe wydawnictwa szkolnictwa zawodowego