Микроструктура углеродистых сталей после закалки и отпуска

Как уже отмечалось, закаленная на мартенсит сталь обладает повышенной хрупкостью. Поэтому закалку, как правило, применяют в сочетании с отпуском. Отпуск предназначен для уменьшения хрупкости и повышения характеристик вязкости и пластичности после закалки.

Отпуск включает:

1. нагрев стали до температуры ниже Ас₁ ;

2. выдержку при заданной температуре (обычно не менее 2 часов);

3. последующее охлаждение с произвольной скоростью.

Различают низко- (температура нагрева 150 – 250°С), средне- (300 – 450°С) и высокотемпературный (500 – 650°С) отпуск.

Мартенсит закалки, вследствие избыточного количества углерода в его составе, является неравновесной (метастабильной) структурой. Соответственно при нагреве активизирующем диффузионные процессы, имеет место распад мартенсита с выделением углерода из пересыщенного α-твердого раствора в виде цементита и образованием феррито-цементитной смеси.

После низкотемпературного отпуска закаленная на мартенсит сталь получает структуру мартенсит отпуска. Последний отличается от мартенсита закалки существенно меньшей степенью тетрагональности кристаллической решетки (это связано с выделением углерода из пересыщенного α-твердого раствора) и более низким уровнем остаточных напряжений. Соответственно уменьшается хрупкость стали. Характеристики прочности и твердость при этом понижаются незначительно.

При средне- и высокотемпературном отпуске происходит дальнейший распад мартенсита с обособлением и коагуляцией частиц цементита и образованием феррито-цементитных смесей. По мере повышения температуры отпуска дисперсность феррито-цементитных смесей уменьшается, образуются структуры троостит отпуска и сорбит отпуска (рис. 8).

а)	б)
Рис. 8. Микроструктура доэвтектоидной стали после закалки и отпуска:
а) отпуск при 300-400С (троостит отпуска), х500	б) отпуск при 500-650С (сорбит отпуска), х500

Эти структуры по фазовому составу аналогичны одноименным структурам закалки, но отличаются от последних тем, что частицы цементита имеют зернистую (а не пластинчатую) форму. С увеличением температуры отпуска соответственно увеличивается размер частиц феррита и цементита, понижаются характеристки твердости и прочности стали, а характеристики пластичности и вязкости, наоборот, увеличиваются (см. табл. 2).

Термическая обработка закалка + высокотемпературный отпуск называется улучшением. Эта операция широко применяется в машиностроении в целях повышения механических характеристик деталей ответственного назначения.

Таблица 2

Вид термической обработки	Полученная структура	Механические свойства
		предел прочности МПа	относительное удлинение, %	ударная вязкость Дж/м2	твердость, НВ
Отжиг Закалка Закалка +отпуск 250°С То же 400° С То же 550° С То же 660° С	Ф + П М + А ост Мотп. + -карбиды Т отп. С отп. С отп.	560 1400 1200 800 660	16 3 6 12 14	8*105 1*105 2*105 6*105 10*105	160 550 435 370 245 195