Отпуск (металлов)

Отпуск металлов, вид термической обработки, заключающийся в нагреве закалённого сплава до температуры ниже нижней критической точки, выдержке и последующем охлаждении. Термин «О.» применяют главным образом к сталям. Процессы распада зафиксированного закалкой состояния других сплавов чаще называют старением (см. Старение металлов). Основное назначение О.≈ достижение необходимых свойств стали, в особенности оптимального сочетания прочности, пластичности и ударной вязкости. С повышением температуры свойства стали изменяются постепенно, однако наблюдаются сравнительно узкие интервалы температур резкого их изменения. В соответствии с этими интервалами различают первое (100≈150° С), второе (250≈300° С) и третье (325≈400° С) превращения. При первом происходит уменьшение, при втором ≈ увеличение, при третьем ≈ значительное уменьшение объёма металла.

═ Большую роль в выяснении сущности процессов О. сыграли рентгеноструктурные исследования Г. В. Курдюмова, показавшие, что первое и третье превращения связаны с распадом мартенсита, а второе ≈ остаточного аустенита. Распад мартенсита в процессе О. при 100≈150° С имеет двухфазный характер; наряду с твёрдым раствором исходной концентрации появляется раствор, содержащий 0,25≈0,3% углерода. При О. в интервале температур до 200≈300° С из твёрдого раствора выделяется низкотемпературный карбид железа, а при более высоких температурах ≈ цементит. Традиционная классификация превращений при О. имеет относительную ценность. В низкоуглеродистых сталях (до 0,2% углерода) отсутствует первое превращение. Легирование Cr, Mo, W, V, Со, Si сдвигает второе превращение при О. к более высоким температурам. В сталях, легированных Mo, W, V, при О. в интервале температур 450≈550° С наблюдается выделение частиц карбидов этих элементов в дисперсной форме, что вызывает так называемое вторичное твердение. В конечном счёте высокий О. приводит к превращению структуры стали в феррито-карбидную смесь.

═ Процессы, происходящие в закалённой стали при вылёживании и нагреве, на основании современных экспериментальных данных представляются следующим образом: перераспределение атомов углерода в мартенсите ≈ сток некоторой части атомов углерода к дислокациям и к границам мартенситных кристаллов, перемещения их в порах кристаллической решётки; распад мартенсита с образованием выделений той или иной карбидной фазы в зависимости от температуры О., легирования, реальной структуры кристаллов мартенсита; релаксация внутренних микронапряжений в результате микропластической деформации; превращения остаточного аустенита в зависимости от легирования и температурного интервала ≈ бейнитное и перлитное; превращение остаточного аустенита при охлаждении после О. (вторичная закалка).

═ С повышением температуры О. твёрдость и прочность понижаются, пластичность и ударная вязкость повышаются; понижается критическая температура хладноломкости (Ткр). При О. до 300° С повышается сопротивление малым пластическим деформациям. При О. в интервалах температур 300≈400° С и 500≈600° С, особенно в легированных сталях, наблюдается падение ударной вязкости и повышение Ткр ≈ явления необратимой и обратимой отпускной хрупкости. Быстрое охлаждение после О. при 600≈650° С и легирование Mo, W подавляют обратимую хрупкость. Низкий О. (120≈250° С) главным образом уменьшает склонность к хрупкому разрушению и используется при термообработке инструментальных, цементуемых и высокопрочных конструкционных сталей, О. при 300≈400° С применяется при термообработке пружин и рессор, высокий О. (450≈650° С) ≈ при термообработке деталей машин, испытывающих динамические и вибрационные нагрузки.

═ Лит.: Курдюмов Г. В., Явления закалки и отпуска стали, М., 1960; его же, О кристаллической структуре закаленной стали, в сборнике: Проблемы металловедения и физики металлов, сб. 9, М., 1968; Гуляев А. П., Термическая обработка стали, 2 изд., М., 1960.

═ Р. И. Энтин.