Термическая обработка стали, называемая отпуском, проводится с целью изменения некоторых физических свойств закалённых стальных изделий. В частности, металл отпускают для повышения так называемой ударной вязкости, которая для ряда металлоизделий является важным эксплуатационным достоинством.
Например, если лезвие клинка у ножа должно быть закалено, то рукоятка – напротив, нуждается в отпуске. Дело в том, что закалённый металл при всей исключительной твёрдости довольно хрупок, и в момент приложения большой нагрузки нож, закалённый целиком, может просто-напросто сломаться пополам. А если рукоятку отпустить, то сталь станет вязкой, что в свою очередь повысит стойкость к излому.
Кроме того, отпуск стального сплава связан также с протеканием следующих процессов:
- изменение игольчатой структуры кристаллической решётки;
- ослабление внутренних напряжений;
- насыщение кристаллической решётки ферритом;
- снижение упругости.
Указанные эффекты возникают из-за того, что структура металла становится более зернистой, а, следовательно, вязкой.
Технология отпуска стали
С точки зрения концепции отпуск представляет собой полную противоположность закалке. Если в процессе закаливания сталь нагревается и резко охлаждается в воде или техническом масле, то при отпуске разогретый металл остывает медленно на воздухе – естественным путём. И лишь иногда некоторые виды легированных сталей остужают в подогретом техническом масле.
В настоящее время существует три вида отпуска стали – низкий, средний и высокий, различающиеся только температурой нагрева стали. При низком отпуске объект разогревается максимум до 300 °C. Этой термообработке подвергается сталь, в которой требуется лишь уменьшить внутренние напряжения.
Средний отпуск предполагает нагрев металла до 450 °C. Особенность данной термической обработки состоит в длительной экспозиции объекта в печи – выдержка может составлять несколько часов. В течение этого периода видоизменяется игольчатая кристаллическая решётка – её компоненты становятся более мелкими, что и влечёт за собой рост вязкости стали.
При высоком отпуске металл разогревается до 650 °C и после остывания становится пластичным, увеличивается его относительное температурное удлинение и сильно возрастает ударная вязкость. Высокий отпуск применяется в процессе изготовления деталей, испытывающих сильные удары – валов, шатунов, элементов прессов и механических молотов.
Вторичная хрупкость
Отпуск металла выглядит предельно простым процессом, но, тем не менее, и в этой простоте существуют нюансы, на которые необходимо обращать внимание. Один из таких моментов состоит в том, что при небольшом нарушении технологии вместо мягкой и вязкой стали можно получить её противоположность – ещё более жёсткий и хрупкий материал.
Этот эффект объясняется тем, что в структуре некоторых видов стали при превышении температуры отпуска наблюдаются явления консолидации элементов кристаллической решётки, что и вызывает увеличение жёсткости. В результате возникает так называемая вторичная хрупкость, которая, впрочем, является обратимой. Для её устранения нужно повторно нагреть объект выше 400 °C.
Наличие явления вторичной хрупкости говорит о том, что при проведении операции отпуска стали нужно неукоснительно соблюдать все правила и требования, особенно в части поддержания температурного режима. Это обеспечит формирование заданных свойств у обработанных стальных изделий.
