Скидка на подшипники из наличия!
Уже доступен
Отпуск стали — термическая операция, при которой закалённую сталь нагревают до температуры ниже критической точки Ac1, выдерживают и охлаждают с определённой скоростью. Основная цель — снять внутренние напряжения и мартенситную хрупкость, сохранив требуемый уровень твёрдости. Правильный выбор температурного режима напрямую определяет эксплуатационные характеристики детали — от режущего инструмента до нагруженного вала.
После закалки сталь приобретает высокую твёрдость, но одновременно становится хрупкой и содержит значительные остаточные напряжения. Отпуск стали устраняет этот дисбаланс: мартенсит частично или полностью распадается, решётка стабилизируется, пластичность и ударная вязкость KCU возрастают до рабочих значений.
Без отпуска закалённые детали склонны к самопроизвольному растрескиванию даже при хранении. Это особенно критично для инструментов с тонким сечением и крупных конструкционных деталей со сложной геометрией.
Ключевой принцип: чем выше температура отпуска, тем ниже твёрдость и выше пластичность. Задача технолога — найти оптимальный баланс под конкретное применение и марку стали.
В процессе нагрева закалённой стали последовательно протекают четыре стадии структурных превращений, каждая из которых меняет свойства материала.
Из пересыщенного твёрдого раствора начинают выделяться когерентные карбидные зоны. Твёрдость практически не снижается, зато частично снимаются микронапряжения в кристаллической решётке. Мартенсит закалки переходит в отпущенный мартенсит.
Остаточный аустенит превращается в отпущенный мартенсит и карбиды. При температурах 250–400°C у большинства углеродистых и легированных конструкционных сталей фиксируется зона отпускной хрупкости I рода — ударная вязкость KCU временно снижается. Этот диапазон намеренно избегают при назначении режимов. Явление необратимо: деталь, попавшую в данный температурный интервал, возврат к прежним свойствам уже не исправит.
Карбиды укрупняются и переходят в цементит, мартенсит превращается в сорбит или троостит отпуска. Твёрдость существенно снижается, пластичность и вязкость достигают рабочих значений.
Классификация отпуска строится по температурному диапазону. Каждый вид даёт определённую конечную структуру и комплекс механических свойств. Приведённые данные относятся к среднеуглеродистым и высокоуглеродистым конструкционным и инструментальным сталям.
Сохраняет высокую твёрдость 58–63 HRC при частичном снижении хрупкости. Среднеуглеродистые стали (0,6–1,3% C) сохраняют при этом высокую износостойкость. Время выдержки — 1–2,5 часа; охлаждение — на воздухе. Применяется для инструментов из сталей У8А, У10А, Х12МФ, а также для деталей после цементации, нитроцементации и цианирования.
При низком отпуске мартенсит не разрушается, а лишь частично стабилизируется по напряжениям. Тетрагональность решётки снижается, внутренние закалочные напряжения уменьшаются примерно на 20–30%. Ударная вязкость KCU остаётся невысокой; детали без вязкой сердцевины не выдерживают значительных динамических нагрузок.
Формирует структуру троостита отпуска (равновесный феррит и дисперсный цементит) с твёрдостью 40–50 HRC и высоким пределом упругости. Это оптимальное состояние для упругих элементов: пружин по ГОСТ 14959-79, рессор, торсионов. Кристаллическая решётка железа становится кубической вместо тетрагональной, внутренние напряжения значительно снижаются.
Выдержка при среднем отпуске составляет 1–4 часа в зависимости от сечения детали. Охлаждение пружин при температуре отпуска 400–450°C нередко проводят в воде — это создаёт на поверхности остаточные напряжения сжатия, повышающие предел выносливости. Для легированных сталей (60С2А, 65Г) рекомендуют избегать медленного охлаждения через диапазон отпускной хрупкости II рода.
Даёт структуру сорбита отпуска — наилучшее сочетание прочности и вязкости для конструкционных деталей. Твёрдость — 25–35 HRC, ударная вязкость KCU для улучшаемых конструкционных сталей (40Х, 40ХН, 30ХГСА) составляет 59–80 Дж/см² в зависимости от марки и режима. Высокий отпуск в сочетании с предшествующей закалкой называют улучшением стали.
Для конструкционных сталей 40Х, 40ХН температура высокого отпуска составляет 550–650°C, время выдержки — 1–6 часов. После отпуска детали охлаждают в воде или масле — это предотвращает обратимую отпускную хрупкость II рода, характерную для легированных сталей с Cr, Mn, Ni.
При выборе режима отпуска необходимо учитывать два опасных температурных диапазона, каждый из которых имеет разные механизм и последствия.
Отпуск проводят в камерных, шахтных или соляных печах, обеспечивающих равномерный нагрев. Точность поддержания температуры — не хуже ±10°C. Для низкого отпуска инструментального назначения применяют масляные ванны и ванны с расплавом нитратной соли, обеспечивающие более равномерный и контролируемый нагрев.
Общее время нагрева и выдержки при отпуске зависит от диаметра или толщины сечения детали. Для высокого отпуска применяют норматив 2 минуты на 1 мм наименьшего размера наибольшего сечения, но не менее 30 минут. Для изделий больших сечений и измерительного инструмента выдержку увеличивают. Окончательный контроль — по фактической твёрдости.
Для инструментальных сталей класса быстрорежущих — Р6М5, Р18 — применяют специальный режим: трёхкратный отпуск с первой выдержкой при 350–375°C и двумя последующими при 560–570°C по 1 часу каждая. Такой режим обеспечивает распад остаточного аустенита (которого после закалки содержится до 30%) и вторичное твердение — дисперсионное упрочнение за счёт выделения карбидов вольфрама, молибдена и ванадия. По завершении трёхкратного отпуска твёрдость Р6М5 составляет 63–65 HRC.
Для режущего инструмента из углеродистых (У8А, У10А) и низколегированных (9ХС, ХВГ) сталей применяют низкий отпуск при 150–200°C с выдержкой 1–1,5 часа. Это снимает закалочные напряжения при сохранении твёрдости 58–63 HRC. Измерительный инструмент (калибры, шаблоны) подвергают низкому отпуску для стабилизации размеров и предотвращения деформаций в процессе эксплуатации.
Операция «улучшение» — закалка с последующим высоким отпуском — является стандартным технологическим маршрутом для ответственных деталей машин из среднеуглеродистых сталей (0,25–0,6% C): 40Х, 40ХН, 30ХГСА. После улучшения предел прочности σв составляет 900–1200 МПа при KCU не ниже 59 Дж/см², что соответствует требованиям ГОСТ 4543-2016 для данных марок.
Стали 60С2А, 65Г по ГОСТ 14959-79 после закалки подвергают среднему отпуску при 420–480°C с выдержкой 1–2 часа. Это обеспечивает предел упругости σ0,002 на уровне 1000–1200 МПа, что критично для сохранения формы пружины под циклической нагрузкой. Ковочные штампы из сталей 5ХНМ, 4Х5МФС также подвергают среднему отпуску при 400–500°C.
Отпуск стали — обязательная завершающая операция после закалки, определяющая реальные эксплуатационные характеристики детали. Правильный выбор вида отпуска — низкого для инструмента (58–63 HRC), среднего для упругих элементов (40–50 HRC), высокого для конструкционных деталей (25–35 HRC) — обеспечивает заданный баланс твёрдости и вязкости. Учёт опасных диапазонов отпускной хрупкости (250–400°C и 500–550°C) и правильный режим охлаждения после отпуска исключают деградацию свойств материала при эксплуатации. Для быстрорежущих сталей трёхкратный отпуск при 560–570°C является обязательным условием достижения рабочей твёрдости 63–65 HRC.
Вы можете задать любой вопрос на тему нашей продукции или работы нашего сайта.