Превращения при отпуске.

Отпуском называют нагрев закаленной стали до температур ниже А₁, выдержкой при заданной температуре отпуска и последующим охлаждением на воздухе. Отпуск является окончательной операцией термической обработки.

Основным превращением при отпуске является распад мартенсита закалки с выделением карбидов. Распад мартенсита имеет диффузионный характер, поэтому скорость и полнота зависят от температуры отпуска, его продолжительности и химического состава стали. При увеличении содержания углерода возрастает пересыщенность углеродом мартенсита, снижаются температуры М_Н и М_К. Как следствие, увеличивается количество аустенита остаточного в структуре стали после закалки. Поэтому в высокоуглеродистых (>0,5%) сталях наряду с распадом мартенсита закалки происходит также и распад остаточного аустенита. Легирующие элементы, растворенные в мартенсите, также понижают М_Н и М_К, но повышают теплостойкость мартенсита, и его распад при отпуске легированных сталей происходит при более высоких температурах по сравнению с углеродистыми сталями.

При температуре отпуска углеродистых сталей до 150°С происходит частичный распад мартенсита с выделением из него части углерода в виде дисперсных ε – карбидов. Эта фаза отличается от цементита (Fe₃C) типом кристаллической решетки и химическим составом (Fe_2,4C). При этом мартенсит сохраняется как структура, но степень тетрагональности его кристаллической решетки снижается, хотя и незначительно.

При температуре отпуска 150-300°С происходит вторая стадия распада, что обусловлено дальнейшим обеднением мартенсита углеродом при одновременном росте размеров и количества карбидных частиц. В результате образуется структура, состоящая из твердого раствора, содержащего ≈0,1%С, и частиц цементита Fe₃C.

Завершающая стадия распада мартенсита в углеродистых сталях происходит при температурах отпуска выше 300°С (350…500°С). При этом из мартенсита выделяется весь углерод в виде цементита, и мартенсит превращается в феррит. Образуется дисперсная феррито-цементитная смесь, причем цементит имеет зернистую формув отличие от пластинчатого цементита, образующегося при распаде аустенита.

Дальнейшее повышение температуры отпуска (500…650°С) обуславливает не только превращение мартенсита в феррит, но и заметный рост (коагуляцию) цементитных частиц. В результате коагуляции размер карбидов увеличивается в 3…4 раза и составляет в среднем 0,12мкм.

После закалки высокоуглеродистых (>0,5%С) сталей в их структуре вместе с мартенситом закалки содержится в значительном количестве аустенит остаточный. В этих сталях при температуре отпуска 250…350°С происходит превращение остаточного аустенита в нижний бейнит. Распад мартенсита происходит одновременно с этим превращением.

В высоколегированных сталях распад мартенсита затрудняется, и он сохраняется как структура до температур отпуска 500°С и выше. Атомы легирующих элементов, растворенные в мартенсите, снижают скорость диффузии атомов углерода и замедляют процессы образования и роста карбидных частиц. Наиболее заметно тормозят процесс распада мартенсита такие элементы, как хром, молибден, вольфрам, ванадий, кобальт, кремний. Теплостойкий мартенсит обеспечивает работоспособность ряда деталей и инструментов, которые испытывают при эксплуатации интенсивное тепловое воздействие.