Отпуск углеродистой и среднелегированных сталей
После закалки изделия подвергаются отпуску при различных температурах. Отпуск бывает низко-, средне- и высокотемпературным.
Температура низкотемпературного отпуска (150 - 250° С) выбирается в зависимости от химического состава так, чтобы получить требуемые механические свойства.
Низкотемпературный отпуск
В большинстве случаев считают, что низкотемпературный отпуск предназначен лишь для снижения внутренних напряжений первого рода, и совершенно не учитывают существенное повышение прочности. Однако, снижение напряжений первого рода при низкотемпературном отпуске приводит к существенному повышению сопротивления отрыву. Повышаются прочность, пластичность и вязкость закаленной стали. Для этого отпуск при температуре 150 - 250° С должен быть не менее 2 - 5 ч.
Среднетемпературный отпуск
Среднетемпературный отпуск производится при температуре 300 - 450° С. В углеродистой стали происходит практически полное выделение углерода из решетки Fe, и структура представляет собой дисперсную смесь кристаллов феррита и цементита (троостит). В легированных сталях процесс распада затягивается до более высоких температур. Время отпуска выбирается в соответствии с требованиями по механическим свойствам. При этих температурах производится отпуск рессор и пружин. Основными легирующими элементами, используемыми для легирования рессорных и пружинных сталей, являются марганец, кремний (стали 60Г, 60С). Иногда применяется хром и ванадий (сталь 50ХФА). Для изготовления мелких пружин применяется холодноволоченая проволока ОВС (содержание углерода 0,9%), подвергаемая после навивки отпуску при температуре 350° С для стабилизации размеров. Тонкие и плоские пружины изготавливают из закаленной стали У9. Среднетемпературный отпуск обеспечивает наиболее высокий предел упругости, усталости при умеренной пластичности и вязкости. Отпуск пружин и рессор производится обычно на специальных оправках или приспособлениях.
Высокотемпературный отпуск
Высокотемпературный отпуск производится при температуре 500 - 650°С. Структура стали состоит из рекристаллизованиых зерен феррита и карбидов (сорбит). Цель его - получение определенного сочетания прочностных свойств.
Термическая обработка, состоящая из закалки и высокотемпературного отпуска, называется улучшением. В качестве улучшаемых используют среднеуглеродистые стали с содержанием различного количества легирующих элементов: хрома, никеля, марганца, кремния, молибдена и вольфрама (стали 40, 45, 40Х, 45Х, 40ХНМ). Часто в качестве улучшаемых используют стали с меньшим содержанием углерода (18Х2Н4ВА) и нержавеющие.
Температура и время
Температуру и время отпуска выбирают исходя из требуемых для деталей механических свойств, используя диаграммы зависимости механических свойств от температуры отпуска. Однако эти диаграммы построены для определенного химического состава. Фактически, вследствие колебания химического состава стали в пределах марки, возникает колебание механических свойств Большое значение для получения заданных механических свойств имеет длительность выдержки при отпуске. Ее выбирают так, чтобы обеспечить полный прогрев изделия и дополнительную выдержку для получения заданных свойств. Чем выше температура, тем меньше должна 6ыть выдержка для получения одинаковых свойств. Для получения более высокой пластичности и вязкости при одинаковой прочности выгодно применять более высокую температуру отпуска. Но это требует от термиста высокой квалификации. Практически для верхнего и нижнего пределов по химическому составу применяемых марок сталей необходимо построить соответствующие графики и по ним устанавливать режим отпуска.
Повышение производительности
При массовом производстве для получения стабильных механических свойств стремятся сужать пределы по химическому составу (селективные марки). Это создает определенные затруднения металлургическим заводам при выплавке стали, поэтому на одном предприятии для различных деталей желательно применять близкие по химическому составу стали.
Многие улучшаемые стали склонны к отпускной хрупкости второго рода (чувствительность к скорости охлаждения). Чтобы вязкость не снижалась, после выдержки при температуре отпуска производится ускоренное охлаждение. Некоторые стали (40ХНМА, 18ХН4ВА), содержащие молибден и вольфрам, практически не склонны к отпускной хрупкости, поэтому могут охлаждаться после отпуска с низкой скоростью.
