Глава10. Технология термической обра ботки

Отжиг и нормализация

Отжигом называется термическая обработка, в процессе которой производится нагрев заготовок из стали до требуемой температуры с последующей выдержкой и медленным охлаждением в печи для получения однородной, равновесной, менее твердой структуры, свободной от остаточных напряжений.

На практике используют два принципиально различных вида отжига: отжиг I рода и отжиг II рода.

Гомогенизационный (диффузионный) отжиг применяют для устранения химической неоднородности, возникающей при кристаллизации металла. Этому отжигу подвергают слитки и отливки из легированной стали для устранения дендритной ликвации, которая повышает склонность стали при обработке давлением к трещинообразованию, анизотропии свойств и возникновению таких дефектов, как шиферность (слои­стый излом) и флокены (тонкие внутренние трещины, наблюдаемые в изломе в виде белых пятен овальной формы).

Нагрев при диффузионном отжиге проводят до максимально высоких температур, так как при этом наиболее интенсивно происходят диффузионные процессы, необходимые для выравнивания в отдельных объемах состава стали. Обычно для легированных сталей температуру гомогенизационного отжига выбирают в интервале 1050-1250 °С., выдержка составляет не более 15-20 ч.   После выдержки детали охлаждают вместе с печью до 800-820 °С, а затем проводится охлаждение на воздухе. В результате диффузи­онного отжига получается крупное зерно, которое устраняется при обработке давлением или последующей термической обработке.

Рекристаллизационный отжиг заключается в нагреве холод-нодеформированной стали выше температуры начала рекристаллизации, выдержке при этой температуре и последующем медленном охлаждении. Рекристаллизационный отжиг применяют для устранения наклепа после холодной пластической деформации. При проведении этого отжига главным процессом является рекристаллизация металла.

Рекристаллизационный отжиг используют в промышленности как первоначальную операцию перед холодной обработкой давлением (для придания материалу наибольшей пластичности), как промежуточный процесс между операциями холодного деформирования (для снятия наклепа) и как окончательную термическую обработку для придания полуфабрикату или изделию требуемых свойств. Для углеродистых сталей (0,08-0,2 % С), подвергаемых прокатке, штамповке, волочению, применяют температуру отжига в интервале 680-700 °С.

Для высокоуглеродистой легированной хромистой и хромо-никелевой стали применяют отжиг при температуре 680-740°С в течение 0,5-1,5ч.

Дорекристаллизационный отжиг может быть смягчающим и упрочняющим. Для тугоплавких металлов W и Мо дорекристаллизационный отжиг - единственный способ смягчения после обработки давлением, так как при рекристаллизации они сильно охрупчиваются. Этот вид отжига наряду с повышением пластичности преследует цель уменьшить остаточные напряжения,стабилизировать свойства и повысить стойкость против коррозии. Дорекристаллизационный упрочняющий отжиг применяют для повышения упругих свойств пружин и мембран.

Отжиг для снятая внутренних напряжений проводят с целью уменьшения остаточных напряжений, образовавшихся в металле при ковке, литье, сварке и способных вызвать коробление и разрушение детали. Главным процессом, проходящим при отжиге для снятия внутренних напряжений, является полная или частичная релаксация остаточных напряжений. Этот процесс протекает вследствие того, что при определенной температуре отжига предел текучести стали становится ниже остаточных напряжений и происходит пластическая деформация, в результате которой остаточные напряжения уменьшаются до значений предела текучести. На практике отжиг стальных изделий для снятия напряжений проводят в температурном интервале 160-700 °С с последующим медленным охлаждением.

Отжиг II рода - термическая обработка, заключающаяся в нагреве стали до температур выше критических точек А  или А , выдержке и, как правило, в последующем медленном охлаждении. Отжиг II рода применим ко всем сплавам и металлам, в которых в зависимости от температуры в твердом состоянии качественно или количественно изменяется фазовый состав (происходит фазовая перекристаллизация). При фазовой перекристаллизации измельчается зерно и устраняется видманштеттова структура (в.с.); в.с. - структура доэвтектоидной стали, в которой феррит образует сплошную или прерывистую сетку с иглами, проходящими через перлитные зерна. Эта структура возникает при перегреве в процессе отжига или горячей деформации. Сталь с такой структурой обладает низкими механическими свойствами.

В большинстве случаев отжиг II рода является подготовительной термической обработкой - в процессе отжига снижается твердость и прочность, что облегчает обработку резанием средне- и высокоуглеродистых сталей, устраняются пороки металла, полученные при предыдущих видах обработки (литьё, горячая деформация, сварка, термическая обработка). Неполный отжиг инструментальных сталей предшествует окончательной термической обработке.

В некоторых случаях (например, для многих крупных неответственных отливок) отжиг II рода является окончательной термической обработкой.

Существуют следующие разновидности отжига стали: полный, неполный и изотермический. Полный отжиг применяется для доэвтектоидных сталей и состоит в нагреве стали на 30-50°С выше точки А , выдержке при этой температуре до полной перекристаллизации металла и медленном охлаждении (см. рис. 10.1). При таком отжиге образуется мелкое аустенитное зерно, из которого при охлаждении формируется равномерная мелкозернистая ферритно-перлитная структура. Поэтому полный отжиг обычно применяют с целью измельчения зерна (для низкоуглеродистых сталей <0,05%С этот отжиг не применяют так как он приводит формированию крупного зерна феррита и выделению третичного цементита по границам зерен, что вызавает охрупчивание стали). Кроме того, полным отжигом устраняют два порока структуры доэвтектоидной стали - видманштеттов феррит и строчечность. Скорость охлаждения при отжиге зависит от устойчивости пе­реохлажденного аустенита,а следовательно, от состава стали. Легированные стали, обладающие высокой устойчивостью переохлажденного аустенита, охлаждаются при отжиге значительно медленнее (со скоростью 30-100 °С/ч), чем углеродистые (со скоростью 100-200 ^сС/ч). После распада аустенита в перлитной области дальнейшее охлаждение можно ускорить и проводить даже на воздухе. Если полный отжиг предназначен для снятия напряжений, медленное охлаждение с печью проводится до комнатной температуры. Неполный отжиг отличается от полного тем, что сталь нагревают до более низкой температуры (выше A_c  но ниже А_с3). Этот вид отжига для доэвтектоидных сталей применяют ограниченно и в основном для улучшения их обрабатываемости резанием, так как в результате частичной перекристаллизации стали (избыточный феррит лишь частично превращается в аустенит) образуется мягкий перлит. Неполный смягчающий отжиг позволяет сэкономить время и снизить стоимость обработки.

Неполный отжиг широко применяется для заэвтектоидных углеродистых и легированных сталей. При неполном отжиге проводится нагрев до температур на 30 - 50 °С выше A_c , что приводит к практически полной перекристаллизации стали и получению зернистой (сфероидальной) формы перлита вме­сто обычной пластинчатой. Поэтому такой отжиг называется сфероидизирующим.

Для сфероидизирующего отжига характерен узкий температурный интервал отжига (750-780 °С); у сталей, близких к эвтектоидному составу, интервал отжига особенно узок (740-750 °С). Легированные заэвтектоидные стали для получения зернистых карбидов можно нагревать до более высоких температур и в более широком интервале (770-820 °С).

Конечная структура стали зависит от скорости охлаждения и температуры сфероидизирующего отжига. Чем меньше скорость охлаждения, тем до больших размеров возрастают глобулы карбида при распаде аустенита. Регулируя скорость охлаждения, можно получать структуры глобулярного перлита от точечного до крупнозернистого. Более мелкозернистый перлит обладает повышенной твердостью.

Сфероидизирующему отжигу подвергают углеродистые и легированные инструментальные и шарикоподшипниковые стали.

Отжигу на зернистый перлит подвергают также тонкие листы и прутки из низко- и среднеуглеродистой стали перед холодной штамповкой или волочением для повышения пластичности.

После отжига на зернистый перлит эвтектоидные и заэвтектоидные стали обладают наилучшей, обрабатываемостью резанием.

Изотермический отжиг применяют для улучшения обрабатываемости легированных сталей. Он состоит в нагреве на 30-50 °С выше А_с3 (как и при полном отжиге) и сравнительно быстром охлаждении до температуры ниже A_r1 (обычно 660—680 °С), изотермической выдержке при этой температуре для получения равновесной перлитной структуры и последующем охлаждении на воздухе.

Такой изотермический отжиг позволяет значительно сократить длительность процесса перекристаллизации, особенно для легированных сталей, которые для требуемого снижения твердости приходится охлаждать очень медленно при полном отжиге. Кроме того, при изотермическом отжиге обеспечивается получение более однородной ферритно-перлитной структуры стали.

Изотермический отжиг - более стабильный процесс; при его проведении легче поддерживать температуру на заданном уровне, чем регулировать скорость охлаждения при проведении полного отжига.

Изотермическому отжигу чаще всего подвергают поковки (штамповки)

Нормализация заключается в нагреве стали до температуры на 30-50 °С выше линии GSE  и охлаждении на спокойном  воздухе.

Ускоренное по сравнению с обычным отжигом охлаждение обусловливает несколько большее переохлаждение аустенита. Поэтому при нормализации получается более тонкое строение эвтектоида (сорбит) и более мелкое эвтектоидное зерно. Кроме того, при нормализации частично подавляется выделение избыточных фаз (феррита в доэвтектоиднои стали и цементита в заэвтектоидной стали), и, следовательно, образуется квазиэвтектоид. В результате прочность стали после нормализации становится больше прочности после отжига.

Нормализацию применяют чаще всего в следующих случаях: как промежуточную операцию для смягчения стали перед обработкой резанием; для устранения пороков и общего улучшения структуры стали перед закалкой.

Таким образом, назначение нормализации как промежуточной операции аналогично назначению отжига при содержании углерода в стали < 0,3%. Но так как нормализация выгоднее отжига, то ее всегда следует предпочесть отжигу, если оба эти вида обработки дают одинаковые результаты.

Но нормализация как операция смягчения стали не всегда может заменить отжиг. Так как склонность аустенита к переохлаждению растет с увеличением содержания в нем углерода и легирующих элементов, то разница в свойствах после отжига и после нормализации будет существенно зависеть от состава стали. Поэтому нормализацию широко применяют вместо смягчающего отжига для малоуглеродистых сталей, в которых аустенит слабо переохлаждается, но она не может применяться для смягчения высокоуглеродистых сталей, которые весьма ощутимо упрочняются при охлаждении на воздухе из-за значительного переохлаждения аустенита.

В заэвтектоидных сталях нормализация позволяет устранить грубую сетку вторичного цементита за счет того, что растворившийся при нагреве выше А  цементит при последующем ускоренном охлаждении в процессе нормализации стали не успевает вновь образовать грубую сетку цементита. Это заметно улучшает свойства стали. Нормализацию используют и как окончательную термическую обработку средне- и высокоуглеродистых доэвтектоидных сталей, если требования к свойствам этих сталей умеренные.

Закалка стали

Закалка стали состоит в нагреве ее выше температур фазовых превращений, выдержке для завершения всех превращений и охлаждении с высокой скоростью (больше или равной критической) с целью получения при комнатной температуре структурно неустойчивого состояния, обеспечивающего более высокую прочность и твердость стали. В зависимости от температуры нагрева различают полную и неполную закалку. При полной закалке нагрев осуществляют на 30-50 °С выше А_с3 или А . После закалки получается мартенситная структура с некоторым количеством остаточного аустенита.

При неполной закалке сталь нагревают на 30-50 °С выше А_с1, но ниже А_с3 или А . В этом случае в нагретом состоянии структура доэвтектоидных сталей состоит из аустенита и феррита, а заэвтектоидных - из аустенита и вторичного цементита. При быстром охлаждении аустенит превращается в мартенсит, твердость которого зависит от содержания углерода в стали.

После неполной закалки в доэвтектоидных сталях структура состоит из мартенсита и включений зерен феррита, а в заэвтектоидных - из мартенсита и округлых включений вторичного цементита. Наличие феррита в структуре закаленной доэвтектоидной стали снижает твердость, поэтому такая закалка применяется реже. Наличие избыточного цементита в структуре закаленной заэвтектоидной стали, наоборот, полезно.

Заэвтектоидные стали обычно используют для изготовления инструмента. Важнейшим требованием, предъявляемым к инструментальным сталям, является твердость. Твердость заэвтектоидных сталей после полной закалки снижается за счет значительного увеличения количества остаточного аустенита в мартенситной структуре этих сталей. Остаточного аустенита тем больше, чем большее количество углерода переходит в твердый раствор при нагреве стали. Округлые включения цементита не только не уменьшают, но даже увеличивают твердость, а следовательно, и износостойкость стали. Кроме того, поскольку нагрев ведется при температурах ниже А , уменьшается рост зерна, снижаются термические напряжения при закалке и менее интенсивно обезуглероживается поверхность металлов.

Наиболее благоприятная структура заэвтектоидных сталей достигается тогда, когда включения вторичного цементита имеют форму сфероидов - зернистую форму.Цементитная сетка по границам зерен недопустима, так как увеличивает хрупкость стали. Поэтому закалке заэвтектоидных сталей должен предшествовать отжиг - сфероидизация.

Таким образом, для доэвтектоидных сталей рационально применять полную закалку с нагревом до температуры А_с3+ 30-50°С,для заэвтектоидных –неполную закалку с нагревом до температуры на 30-50 °С выше А_с1.

При закалке для достижения максимальной твердости стремятся  получить мартенситную структуру. Минимальная скорость охлаждения, необходимая для переохлаждения аустенита до мартенситного превращения, называется  критической скоростью закалки.

Скорость охлаждения определяется видом охлаждающей среды. Критическая скорость закалки качественно определяется по диаграмме изотермического распада аустенита, из которой следует, что быстрое охлаждение необходимо в области наименьшей устойчивости аустенита (400-650 °С) с тем, чтобы предотвратить его превращение в феррито-цементитную смесь. Ниже 300 °C, наоборот, целесообразно медленное охлаждение. При чрезмерно высоких скоростях охлаждения в металле могут возникнуть такие внутренние напряжения, которые способны привести к короблению или растрескиванию деталей.

Внутренние напряжения при закалке образуются из-за разницы температур по сечению деталей при их охлаждении и различного по времени протекания фазовых превращений в разных участках детали. Возникновение фазовых напряжений обусловлено большим удельным объемом мартенсита по сравнению с аустенитом.

При охлаждении закаливаемой стали в жидкой среде различают три периода, характеризующиеся разной скоростью охлаждения:

1)период пленочного кипения, когда теплопередаче препятствует образование паровой рубашки, из-за чего скорость охлаждения сравнительно невелика;

2)период пузырчатого кипения, при котором паровая рубашка разрушается, и интенсивность охлаждения резко возрастает;

3) период конвективного теплообмена, когда температура детали ниже температуры кипения жидкости, а скорость охлаждения резко падает.

Закалочная жидкость охлаждает тем интенсивнее, чем шире интерва пузырчатого кипения. Применение растворов солей и щелочей уменьшает период пленочного кипения, что соответственно позволяет заметно повысить скорость охлаждения в перлитном интервале.

В промышленности нашли применение новые закалочные среды, объединяемые в группу полимерных закалочных сред, которые имеют в перлитном интервале скорость охлаждения близкую к скорости воды, а в мартенситном интервале - близкую к скорости масла. Применение этих сред наиболее целесообразно для закалки деталей со сложной геометрией и большой разнотолщинностью.

Значения скорости охлаждения сталей в различных средах приведено в табл. 10.1.

Данные табл. 10.1 показывают, что нет идеальной закалочной среды, удовлетворяющей условию достижения оптимальной скорости охлаждения при закалке от разных температур. Растворы солей и щелочей при образовании мартенсита могут вызвать коробление и трещины, а масло, имеющее хорошие свойства при этих температурах, менее выгодно при температурах 650-400°С.

Та л и ц а  10.1

 Скорость охлаждения сталей в различных закалочных средах, °С/с

Закалочная среда	Интервал  температур°С
	650-550	300-200
Вода, 18 °С	600                 270
Вола. 50 °С	100                270
10 % -и раствор NaOH в воде	1200                 300
10 % -и раствор NaCl	1100                 300
Минеральное масло	100-150                 20-50
Спокойный воздух	3                      1
Полимерная закалочная среда ПК-2	300-550               50-100
Полимерная закалочная среда ВП-3	300-550                50-100

 

Прокаливаемостью стали называется глубина проникновения закаленной зоны. Несквозная прокаливаемость обусловлена тем, что при закалке деталь охлаждается быстрее с поверхности и медленнее в сердцевине. Распределение скорости охлаждения по сечению детали показывает, что у поверхности скорость охлаждения максимальна, а в центре - минимальна (рис. 10.1).

Глубина проникновения закаленной зоны соответствует заштрихованному слою, т. е. проходит до точки пересечения кривых критической скорости закалки _V  и скорости _Vохл. Чем меньше _V , тем больше прокаливаемость.

Прокаливаемость, как и критическая скорость охлаждения, тесно связана со степенью устойчивости переохлажденного аустенита и, следовательно, с положением кривых на диаграмме изотермического превращения.

Критический диаметр D _Kp есть максимальный диаметр сечения, прокаливающегося в данном охладителе насквозь со структурой в центре заготовки (95% мартенсита) или (50 % мартенсита + 50 % троостита). В этом случае минимальная скорость охлаждения в центре детали_{. Vохл}. >_V .

Если за глубину прокаливаемости принимается слой с полумартенситной зоной: 50 % мартенсита и 50 % троостита, то критический диаметр обозначают D .Критический диаметр при охлаждении в воде больше, чем при охлаждении в масле. На­иболее простой метод определения критического диаметра - метод торцевой закалки, когда охлаждение цилиндрического образца осуществляется только с торца. После закалки измеряют твердость на боковой поверхности по высоте образца и строят кривую зависимости твердости от расстояния от торца. Чем меньше прокаливаемость, тем быстрее падает твердость при удалении от торца. Прокаливаемость стали одной марки разных плавок отличается Поэтому сталь определенной марки характеризуется полосой прокаливаемости.

Прокаливаемость является важной характеристикой стали. При сквозной прокаливаемости по сечению изделия механические свойства одинаковы, при несквозной прокаливаемости  наблюдается снижение прочности (предела текучести), пластичности и вязкости металла. Чем выше категория прочности, больше сечение и ответственнее деталь, тем большее значение имеет прокаливаемость.

На прокаливаемость оказывают влияние состав стали (содержание углерода и легирующих элементов), размер зерна, наличие включений, не растворяющихся при нагреве под закалку, и характер закалочной среды. Легированные стали имеют значительно более высокую прокаливаемость по сравнению с углеродистыми, что связано с увеличением при легировании стали устойчивости переохлажденного аустенита. Прокаливаемость углеродистых сталей зависит от содержания углерода: с понижением его прокаливаемость падает, в заэвтектоидной стали при увеличении содержания углерода прокаливаемость снижается, наличие включений, не растворяющихся при нагреве под закалку также снижает прокаливаемость. Уменьшение скорости охлаждения приводит к снижению прокаливаемости. При закалке в масле сквозная прокаливаемость деталей из среднеуглеродиетой стали составляет всего лишь 3-4 мм, при закалке в воде - до 10-15 мм. С увеличением размеров заготовки прокаливаемость резко уменьшается. Так, в заготовке диа­метром до 40 мм из стали 45 при закалке в воде мартенситная структура достигается на глубине всего лишь 4 мм.

Прокаливаемость является одним из основных критериев и при выборе марки стали рассматривается наряду с ее механическими свойствами, технологичностью и себестоимостью.

 В некоторых случаях необходимая прокаливаемость может быть меньше сквозной. Если детали работают на кручение и изгиб, то возникающие в них напряжения уменьшаются от максимальных на поверхности до нуля в середине. Для таких деталей сквозная прокаливаемость необязательна, достаточно иметь прокаливаемоегь на расстоянии 1/₂- /₄ радиуса от поверхности.

Выбор способа охлаждения нагретой под закалку стальной детали зависит от ее формы, размеров и химического состава стали. Чем сложнее форма и больше сечение детали, тем выше напряжения, возникающие при закалке, и больше опасность образования трещин. Чем больше содержание углерода в стали, тем большие объемные изменения протекают при превращении, тем больше опасность деформации и образования трещин, тем тщательнее должен быть выбор способа охлаждения при закалке.

Идеальная кривая охлаждения должна характеризоваться максимальной скоростью в начале охлаждения при прохождении интервала наименьшей устойчивости аустенита и минимальной скоростью в конце охлаждения при мартенситном превращении.

Наиболее простой способ закалки - это закалка в одном охладителе, при котором нагретая деталь погружается в охлаждающую жидкость и остается там до полного охлаждения (рис. 10.2).. Недостатком этого способа является возникновение значительных внутренних напряжений. Для деталей из углеродистых сталей сечением более 5 мм наиболее широко применяемой закалочной средой является вода, для деталей меньших размеров и легированных сталей - масло.

Для уменьшения внутренних напряжений применяется закалка в двух средах, при которой деталь сначала охлаждают в воде до 300-400 С, а затем для окончательного охлаждения переносят в масло. Недостатком этого способа является трудность регулирования выдержки деталей в первой охлаждающей жидкости.

Точное регулирование времени выдержки детали в первой охлаждающей жидкости достигается при ступенчатой закалке (рис. 10.2, кривая 3), При этом способе деталь быстро охлаждается погружением в соляную ванну с температурой, немного превышающей (на 30-50 °С) температуру мартенситного превращения данной стали М  выдерживается при этой температуре до достижения одинаковой температуры по всему сечению, после чего охлаждается на воздухе. Мартенситное превращение происходит при медленном охлаждении на воздухе, что резко снижает внутренние напряжения и возможность коробления.

Недостатком этого способа является ограничение размера деталей. Из-за низкой скорости охлаждения в сравнительно нагретой среде при закалке крупных деталей в их центральных зонах скорость охлаждения может оказаться ниже критической. Максимальный диаметр деталей из углеродистых сталей, закаливаемых этим способом, составляет 10 мм, легированных - 20-30 мм.

В отличие от ступенчатой при изотермической закалке сталь выдерживается в ваннах до окончания изотермического превращения аустенита. Температура соляной ванны обычно составляет 250-350 °С. В результате изотермической закалки получается структура бейнита с твердостью 45-55 HRC при сохранении повышенной пластичности и вязкости. Длительность выдержки определяется с помощью диаграмм изотермического превращения аустенита.

Закалка с самоотпуском применяется в случае термообработки инструмента типа зубил, молотков, в которых должны сочетаться высокие твердость и вязкость. В этом случае изделия выдерживают в закалочной ванне не до полного охлаждения. За счет тепла внутренних участков происходит нагрев поверхностных слоев до нужной температуры т.е. самоотпуск.

В структуре стали, закаленной при комнатной температуре, присутствует некоторое количество остаточного аустенита. Остаточный аустенит снижает твердость и износостойкость деталей и может приводить к изменению их размеров при эксплуатации в условиях низких температур из-за самопроизвольного образования мартенсита из аустенита. Для уменьшения остаточного аустенита в структуре применяют обработку холодом. Обработка холодом состоит в охлаждении стали ниже О °С до температур конца мартенситного превращения М_к (обычно не ниже -75 °С), получаемых в смесях сухого льда со спиртом. Обработка холодом должна проводиться сразу же после закалки во избежание стабилизации аустенита.

О тпуск стали

Отпуск является заключительной операцией термической обработки, состоящей из нагрева стали ниже его критической точки А  с последующим охлаждением, при котором формируется окончательная структура стали. Отпуск проводится после операции закалки. Изменения в структуре при нагреве закаленной стали приводят к изменению ее свойств (рис. 10.3).Различают низкий, средний и высокий отпуск.

Низкий отпуск проводят при 150-200 °С.Целью низкого отпуска является снижение внутренних напряжений и некоторое уменьшение хрупкости мартенсита при сохранении высокой твердости и износостойкости деталей. Структура стали после низкого отпуска представляет собой мартенсит отпуска. Основная область применения низкого отпуска - режущий и мерительный инструмент, а также машиностроительные детали, которые должны обладать высокой твердостью и износостойкостью.

Средний отпуск проводят при 350-450 °С. Цель среднего отпуска состоит в некотором снижении твердости при значительном увеличении предела упругости. Структура стали представляет собой троостит отпуска, обеспечивающий высокие пределы прочности, упругости и выносливости, а также улучшение сопротивляемости действию ударных нагрузок.

Высокий отпуск проводят при 550-650 °С. Цель высокого отпуска - достижение оптимального сочетания прочностных, пластических и вязких свойств. Структура стали представляет собой однородный сорбит отпуска с зернистым цементитом. Область применения высокого отпуска -конструкционные стали, детали из которых подвергаются воздействию высоких напряжений и ударным нагрузкам. Термическая обработка, состоящая из закалки с высоким отпуском, улуч шающая общий комплекс механических свойств, является основным видом термической обработки конструкционных сталей. Она называется улучшением. Температуру отпуска обычно выбирают в зависимости от заданной твердости. В этом случае изделие закаливают на максимальную твердость, а затем отпуском твердость снижают до заданной. Вязкость сталей, особенно легированных, зависит от режима отпуска: температуры, времени выдержки и скорости охлаждения после отпуска (рис. 10.3а).

При определенных температурах и медленном охлаждении в сталях появляется отпускная хрупкость Принято различать отпускную хрупкость I и II рода.

Отпускная хрупкость I рода (необратимая) наблюдается при отпуске как легированных, так и углеродистых сталей при температуре около 300 °С (в интервале 250-400 °С).

Причина отпускной хрупкости I рода - неравномерность распада мартенсита по границам и внутри зерна при отпуске. Вблизи границ карбиды выделяются интенсивнее, там создается концентрация напряжений, что делает границы зерен более хрупкими. При повышении температуры отпуска или увеличении продолжительности нагрева структура по сечению зерна выравнивается, и отпускная хрупкость I рода устраняется. Повторный отпуск при температуре 250-400 °С не приводит к отпускной хрупкости.

Отпускная хрупкость II рода (обратимая) наблюдается при медленном охлаждении после отпуска при температурах 450-550 °С. Этот вид отпускной хрупкости обратим, так как при повторном нагреве, но быстром охлаждении при этой же температуре он исчезает.

При медленном охлаждении по границам зерен успевают выделиться мелкие карбиды, фосфиды и нитриды, которые приводят к их охрупчиванию. При быстром охлаждении эти частицы не выделяются.

Этот вид хрупкости характерен для легированных сталей, причем чаще наблюдается в сталях с повышенным содержанием хрома и марганца. Введение в сталь даже небольших количеств молибдена (0,2-0,3 % Мо) или вольфрама (0,6-1,0 % W) резко снижает склонность к отпускной хрупкости II рода (рис. 10.3.б).

Мерами борьбы с отпускной хрупкостью П рода являются охлаждение после отпуска не на воздухе, а в масле, а для крупных деталей - даже в воде, а также дополнительное легирование стали молибденом или вольфрамом.