Отпуск

Отпуск — технологический процесс, заключающийся в термической обработке закалённого на мартенсит сплава или металла, при которой основными процессами являются распад мартенсита, а также полигонизация и рекристаллизация.

Отпуск проводят с целью получения более высокой пластичности и снижения хрупкости материала при сохранении приемлемого уровня его прочности. Для этого изделие подвергается нагреву в печи до температуры от 150°C-260°C до 370°C-650°C с последующим медленным остыванием.

Низкотемпературный отпуск

Проводят при температурах до 250 °С. Закалённая сталь сохраняет высокую износостойкость, однако такое изделие (если оно не имеет вязкой сердцевины) не выдержит высоких динамических нагрузок. Такому отпуску подвергают режущие и измерительные инструменты из углеродистых и низколегированных сталей.

Среднетемпературный отпуск

Проводят при температурах 350-500 °С и применяют главным образом для пружин и рессор, а также для штампов. Такой отпуск обеспечивает высокие пределы упругости и выносливости, а также релаксационную стойкость. Охлаждение после отпуска проводят при температурах 400-500 °С в воде, после чего возникают сжимающие остаточные напряжения, которые увеличивают предел выносливости пружин.

Высокотемпературный отпуск

Проводят при температурах 500—680 °С. При этом остается высокая прочность и пластичность, а также максимальная вязкость. Высокому отпуску подвергают детали, воспринимающие ударные нагрузки (зубчатые колеса, валы).

Стадийность

Общий принцип: Сначала заканчивается распад мартенсита, а затем начинается полигонизация и рекристаллизация. В зависимости от соотношения стадий различают:
- низкий отпуск — распад идет незначительно;
- средний отпуск — распад заканчивается, полигонизация не начинается;
- высокий отпуск — идет полигонизация или рекристаллизация.

Низкий отпуск в чёрной металлургии — отпуск мартенсита на низких температурах (180—250*С). Применяется после закалки для инструментальных, подшипниковых сталей, малоуглеродистых сталей после цементации для изготовления деталей и инструментов, работающих на износ, от которых требуется высокая твёрдость. Цель низкого отпуска — уменьшение остаточных закалочных напряжений. Температуру низкого отпуска выбирают такой, чтобы твёрдость и износостойкость практически не снижалась. Выдержка при температуре низкого отпуска обычно превышает 1…3 часа.

Средний отпуск производят при температуре 300-400°С. Ускоряются диффузионные процессы, происходит выделение избыточных атомов углерода в виде цементита, т.е. мартенсит распадается на феррито-цементитную смесь. После среднего отпуска структура состоит из равновесного феррита и дисперсных включений цементита, такая структура называется зернистый троостит отпуска. HRC 40-45, высокие пределы упругости и выносливости. Обычно для пружинно-рессорных сталей.

Высокий отпуск — такая термообработка, которая приводит к структуре полигонизованного либо рекристаллизованного феррита с глобулярным либо пластинчатым цементитом.
Структура: сорбит отпуска.
Плотность дислокаций: ρ=109 см-2
Температура высокого отпуска: 450—500 °С.

Вторичное твердение
 
Диаграмма зависимости твердости от температуры отпуска

Повышение прочности стали при высоком отпуске связано с тем, что в сталях с ванадием при T=450—500 °С выделяются мелкодисперсные частицы карбонитридов ванадия V(C,N) размером 20 нм, при этом рекристаллизация не развивается.