Термическая обработка стали. 5

                         КОГОАУ  СПО     «Савальский политехникум»

                                                 Реферат

 Тема:         «Термическая обработка стали».     

Выполнил:                                                                Дектерев О.

Проверил:                                                                 Набиуллин Р.В.

Совали 2014

Содержание:

1) Поверхностная закалка стали.

2) Химико-термическая обработка  стали.

3) Выбор режимов термообработки.

Поверхностная закалка стали - какими методами она осуществляется

Поверхностная закалка стали преследует следующие основные цели: повышение твердости изделий из металла, увеличение износостойкости и повышение предела выносливости деталей. После поверхностной закалки зубья шестерен, шейки валов, направляющие станин металлорежущих станков становятся более твердыми, износоустойчивыми и выносливыми. Сердцевина детали при такой закалке остается вязкой и хорошо выдерживает ударные и другие нагрузки.

Промышленность применяет разные методы поверхностной закалки стали:

Поверхностную закалку стали с индукционным нагревом токами высокой частоты (ТВЧ);

Поверхностную закалку стали с электроконтактным нагревом;

Поверхностную газопламенную закалку стали;

Поверхностную закалку стали в электролите.

Все вышеперечисленные способы, которыми осуществляется поверхностная закалка стали, имеют общее. Общей чертой для всех способов поверхностной закалки стали является то, что поверхностный слой детали нагревают до температуры выше критической точки Ас3, а затем быстро охлаждают и получают структуру мартенсита (закаленной стали). Наибольшее распространение, в настоящее время, получила поверхностная закалка стали и механическая обработка с индукционным нагревом токами высокой частоты (ТВЧ). Несколько реже, в основном, для крупных деталей, используют метод поверхностной закалки с нагревом газовым пламенем

Сущность процесса поверхностной закалки стали при нагреве токами высокой частоты состоит в том, что деталь нагревают на специальной установке с помощью медного индуктора, выполненного по форме закаливаемой детали. Через него пропускают переменный ток высокой частоты. Поверхность детали нагревается за несколько секунд на необходимую глубину. После этого ток выключают и быстро охлаждают деталь. В процессе закалки внутри индуктора циркулирует охлажденная вода, и поэтому он не нагревается.Метод поверхностной закалки стали электроконтактным нагреванием состоит в следующем. Нагревание детали происходит при выделении тепла в месте контакта детали и электрода, выполненного в форме медного ролика, прикрепленного к специальному приспособлению. Охлаждают поверхность закалки детали при помощи душа, перемещающегося вслед за электродом.

Поверхностная закалка стали методом нагревания газопламенной горелкой заключается в том, что поверхность детали нагревают в пламени ацетиленокислородной горелки до необходимой температуры закалки, а затем быстро охлаждают струей холодной воды. Происходит это следующим образом: горелка газовая с определенной скоростью движется над поверхностью закаливаемой детали, а за горелкой, с той же скоростью, производит движение закалочная трубка, через которую осуществляется подача воды. Пламя ацетиленокислородной горелки имеет температуру 2500—3200° С, и, поэтому, оно нагревает поверхность изделия из стали до необходимой для закалки, температуры за очень короткий промежуток времени. За то время слои стали, лежащие под поверхностью, не успевают прогреться до критической точки и не получают закалку. Толщина закаленного слоя составляет 2—4 мм, а твердость достигает НЯС 50—56. Поверхностная закалка стали газопламенным методом меньше деформирует деталь из стали, чем объемная закалка, и поверхность не загрязняет. Такой метод поверхностной закалки стали более рентабелен для крупных деталей, чем закалка с индукционным нагревом током высокой частоты (ТВЧ).

Поверхностная индукционная закалка стали токами высокой частоты (ТВЧ) тел сложной формы, таких как шестерни, шлицевые валы и зубчатые колеса имеет задачу обеспечить равномерную твердость и равную глубину закаленного слоя по всему периметру зуба и впадины. И здесь главное влияние на качество закалки деталей сложной формы оказывает частота, на которой ведется индукционная закалка, а также удельная мощность нагрева. Для каждой конкретной детали из стали разрабатывается собственная технология закалки на основе компьютерного моделирования нагрева и охлаждения, лабораторных металлографических исследований закаленного слоя стали и экспериментальной отработки режимов закалки на образцах.

                          Химико-термическая обработка стали.

1.Общие сведения

Химико-термической обработкой стали называется процесс, сочетающий поверхностное насыщение стали тем или иным элементом при высокой температуре и термическое воздействие, в результате которых происходит изменение химического состава, микроструктуры и свойств поверхностных слоев деталей.Химико-термическая обработка включает в себя цементацию, азотирование, цианирование, алитирование, силицирование и т. д.Насыщение поверхностного слоя происходит при нагреве детали до определенной температуры в среде, легко выделяющей насыщающий элемент в активном состоянии, и выдержке при этой температуре. Среды, выделяющие насыщающий элемент, могут быть газообразными, жидкими и твердыми.В отличие от поверхностной закалки при химико-термической обработке разница в свойствах достигается не только изменением структуры металла, но и его химического состава. ХТО не зависит от формы деталей. Она обеспечивает получение упрочненного слоя одинаковой толщины по всей поверхности. ХТО дает более существенное различие в свойствах поверхности и сердцевины деталей. ХТО изменяет химический состав и структуру поверхностного слоя, а поверхностная закалка — только структурВместе с тем ХТО уступает поверхностной закалке по производительности.Основными элементарными процессами любого вида химико-термической обработки являются:Диссоциация— выделение насыщающего элемента в активном атомарном состоянии в результате разложения исходных веществ: 2СО ↔СО2 + С; 2NH3 ↔ ЗН2 + 2N и т. д. Степень распада молекул газа (%) называют степенью диссоциации.Абсорбция — захват поверхностью металла свободных атомов насыщающего элемента. Атомы металла, находящиеся на поверхности, имеют направленные наружу свободные связи. При подаче к поверхности детали атомов насыщающего элемента эти свободные связи вступают в силу, что уменьшает поверхностную энергию металла. С повышением температуры абсорбционная способность металла увеличивается. Развитию процесса абсорбции способствует способность диффундирующего элемента образовывать с основным металлом твердые растворы или химические соединения.Диффузия — проникновение насыщающего элемента вглубь металла. В результате абсорбции химический состав поверхностного слоя меняется, образуется градиент концентраций насыщающего элемента в поверхностных и нижележащих слоях. Диффузия протекает легче при образовании твердых растворов внедрения (С, N), чем твердых растворов замещения (Al, Cr, Si). Поэтому при диффузионной металлизации процесс ведут при более высоких температурах.Поверхностный слой детали, отличающийся от исходного материала по химическому составу, называется диффузионным слоем. Материал детали под диффузионным слоем с неизменившимся химическим составом называется сердцевиной.

2. Цементация стали

Цементацией называется процесс диффузионного насыщения поверхностного слоя стальных деталей углеродом.Цель цементации — получение на поверхности детали высокой твердости и износостойкости в сочетании с вязкой сердцевиной. На цементацию поступают механически обработанные детали g припуском на шлифование 0,05—0,10 мм.Цементации подвергают стали с низким содержанием углерода 0,1—0,2 %.На поверхности концентрация углерода достигает 1,0 %. Глубина цементованного слоя (при содержании углерода порядка 0,4 %) обычно лежит в пределах 0,5—2,5 мм. Для достижения высокой твердости поверхности и вязкой сердцевины после цементации всегда проводится закалка с низким отпуском.Различают два основных вида цементации; в твердой и газовой средах. Среда, поставляющая углерод к поверхности детали, подвергаемой цементации, называется карбюризатором.Твердая цементация производится в специальных стальных ящиках, в которых детали укладываются попеременно с карбюризатором. Ящики закрываются крышками и замазываются огнеупорной глиной для предотвращения утечки газов. В качестве твердого карбюризатора используют дубовый или березовый древесный уголь и активизаторы ВаСО3 или Na2CO3. При нагреве до температуры 930—950 °С идут реакции:

2С + О2 → 2СО,

ВаСО3 + С → ВаО + 2СО,

2СО → СО2 + С.

Образующиеся активные атомы углерода диффундируют в решетку γ-железа.Процесс цементации в твердом карбюризаторе проводят выше Ас3, когда сталь находится в аустенитном состоянии, в котором растворимость углерода выше. В течение 8—10 ч образуется слой толщиной около 1мм.Газовая цементация является основным процессом массового производства. Стальные детали нагревают в газовых смесях, содержащих СО, СН4 и др. Газовая цементация проходит быстрее, так как не требует времени на прогрев ящика и карбюризатора. Слой толщиной 1 мм образуется за 6—7 ч.После цементации характерно неравномерное распределение углерода по сечению детали. Полученный в результате цементации наружный слой содержит более 0,8 % углерода и имеет структуру заэвтектоидных сталей — перлит и вторичный цементит. Глубже лежит слой эвтектоидного состава с перлитной структурой, а далее — слой с феррито-перлитной структурой. Кроме того, после цементации из-за длительной выдержки при высоких температурах стали приобретают крупнозернистость.

3. Азотирование стали

Азотированием называется процесс насыщения поверхностного слоя азотом.Целью азотирования является создание поверхностного слоя с высокой твердостью, износостойкостью, повышенной усталостной прочностью и сопротивлением коррозии.Процесс азотирования состоит в выдержке в течение довольно длительного времени (до 60 ч) деталей в атмосфере аммиака при 500—600 °С. При более высокой температуре образуются более крупные нитриды и твердость уменьшается. Азотирование проводят в стальных герметически закрытых ретортах, в которые поступает аммиак.. Реторту помещают в нагревательную печь. Поступающий из баллонов аммиак при нагреве разлагается на азот и водород:

NH3→3H + N.

Активные атомы азота проникают в решетку α-железа и диффундируют в ней. Образующиеся при этом нитриды железа еще не обеспечивают достаточно высокой твердости. Высокую твердость азотированному слою придают нитриды легирующих элементов, прежде всего хрома, молибдена, алюминия. При совместном легировании стали Cr, Mo, A1 твердость азотированного слоя по Вик-керсу достигает HV 1200, в то время, как после цементации и закалки твердость HV 900.Благодаря высокой твердости нитридов легирующих элементов азотированию обычно подвергают легированные среднеуглеродистые стали. К таким сталям относятся 38Х2МЮА, 35ХМА, более дешевая 38Х2Ю, а также некоторые штамповые стали, например 3X2BS, 5ХНМ.Азотированию обычно подвергают готовые изделия, прошедшие механическую и окончательную термическую обработку (закалку с высоким отпуском). После такой термической обработки металл приобретает структуру сорбита, имеющую высокую прочность и вязкость. Эта структура сохраняется в сердцевине детали и после азотирования. Высокая прочность металлической основы необходима для того, чтобы тонкий и хрупкий азотированный слой не продавливался при работе детали. Высокая твердость после азотирования достигается сразу и не требует последующей термической обработки. Это важное преимущество процесса азотирования.Участки, не подлежащие азотированию, защищают нанесением тонкого слоя олова (10—15 мкм) электролитическим методом или жидкого стекла. Глубина азотированного слоя составляет 0,3— 0,6мм. Из-за сравнительно низких температур скорость азотирования значительно меньше, чем при цементации и составляет всего 0,01 мм/ч и менее.По сравнению с цементацией азотирование имеет ряд преимуществ и недостатков. Преимуществами азотирования являются более высокая твердость и износостойкость поверхностного слоя, сохранение им высоких свойств при нагреве до 500 °С, а также высокие коррозионные свойства. В азотированном слое создаются остаточные напряжения сжатия, что повышает усталостную прочность. Кроме того, после азотирования не требуется закалки, что позволяет избежать сопутствующих закалке дефектов.Недостатками азотирования по сравнению с цементацией является более высокая длительность процесса и необходимость применения дорогостоящих легированных сталей. Поэтому азотирование применяют в случае изготовления более ответственных деталей, от которых требуется особо высокое качество поверхностного слоя.Азотирование применяют в машиностроении для изготовления мерительного инструмента, гильз, цилиндров, зубчатых колес, шестерен, втулок, коленчатых валов и др.

Цианирование стали

Цианированием (нитроцементацией) называется процесс совместного насыщения поверхности стальных деталей азотом и углеродом.Основная цель цианирования состоит в повышении твердости и износостойкости деталей

При цианировании нагревосуществляется либо в расплавленных солях, содержащих цианистые соли NaCN или KCN, либо в газовой среде, состоящей из смеси СН4 и NH3. Состав и свойства цианированного слоя зависят от температуры проведения цианирования.В зависимости от температуры процесса различают высокотемпературное (850—950 °С) и низкотемпературное (500—600 °С) цианирование. Чем выше температура цианирования, тем меньше насыщение поверхностного слоя азотом и больше углеродом. Совместная диффузия углерода и азота протекает быстрее, чем у этих элементов в отдельности.При низкотемпературном цианировании поверхностный слой насыщается преимущественно азотом. Низкотемпературному цианированию обычно подвергают окончательно изготовленный и за- точенный режущий инструмент из быстрорежущих марок стали с целью повышения его износостойкости и красностойкости. После низкотемпературного цианирования отпуск не производится. Глубина цианированного слоя 0,01—0,04 мм о твердостью HV 1000.После высокотемпературного цианирования на глубину 0,6— 1,8 мм в течение 3—10 ч детали подвергают закалке и низкому отпуску, Твердость после термообработки составляет HRC 59—62.По сравнению с цементированным цианированный слой имеет несколько более высокую твердость и износостойкость, а также более высокое сопротивление коррозии. В ваннах можно подвергать цианированию мелкие детали, например детали часовых механизмов, для которых достаточно получение слоя небольшой толщины.Недостатком цианирования является более высокая стоимость процесса, связанная с необходимостью строгого соблюдения правил техники безопасности из-за высокой токсичности цианистых солей.

Диффузионная металлизацияДиффузионной металлизацией называется процесс диффузионного насыщения поверхностных слоев стали различными металлами. Детали, поверхность которых насыщена алюминием, хромом, кремнием, бором, приобретают ряд ценных свойств, например жаростойкость, коррозионную стойкость, повышенную износостойкость и твердость.Металлизация бывает твердая, жидкостная и газовая. При жидкостной металлизации стальная деталь погружается в расплав металла. При твердой и газовой металлизации насыщение происходит с помощью летучих соединений хлора с металлом А1С13, CrCl3, SiCl4, которые при температуре 1000—1100 °С вступают в обменную реакцию с железом с образованием диффундирующего элемента в активном состоянии.При алитировании, т. е. насыщении алюминием, которое обычно проводится в порошкообразных смесях или расплавленном алюминии, детали приобретают повышенную коррозионную стойкость благодаря образованию плотной пленки А12О3, предохраняющей металл от окисления. Толщина слоя составляет 0,2—0,5 мм.При хромировании обеспечивается высокая стойкость против газовой коррозии до 800 °С, а также стойкость против коррозии в воде, морской воде и кислотах. Толщина слоя составляет до 0,2 мм.Силицирование, т. е. насыщение кремнием, придает высокую кислотоупорность в соляной, серной и азотной кислотах и применяется для деталей, используемых в химической и нефтяной промышленности. Толщина слоя колеблется в пределах 0,3—1,0 мм.например буры Na2B2O7, когда стальная деталь является катодом. При температуре около 150 °С и выдержке 2—5 ч на поверхности образуется твердый борид железа и толщина слоя достигает 0,1—0,2 мм.

                  Виды и режимы термической обработки сталей    

 В зависимости от химического  состава сталей, размером поковок  и требований, предъявляемых к  готовым деталям машин, в кузницах  возможно применение следующих  видов термической обработки  сталей.

        Отжиг состоит  в нагреве сталей до определенной  температуры, выдержке и затем  очень медленном охлаждении, чаще  всего вместе с горном или  печью.

1. Нагрев стали для отжига  проводится в кузнечном горне  или печи. Для того чтобы при  нагреве в горне не допустить  выгорания углерода с поверхности  стали, поковки укладывают в металлические  ящики, пересыпают их сухим песком, древесным углем или металлической  стружкой и нагревают до температуры, необходимой для отжига данной  марки стали. Продолжительность  нагрева принимают в зависимости  от размеров поковок - примерно  по 45 минут на каждые 25 мм наибольшей  толщины поперечного сечения. Нагрев  выше температуры для отжига  и длительная выдержка при  этой температуре недопустимы, так  как возможно образование крупнозернистой  структуры, что резко уменьшит  ударную вязкость металла.

2. Охлаждение поковок можно осуществлять  несколько быстрее, чем вместе  с горном и печью, если воспользоваться  следующими рекомендациями. Углеродистые  качественные конструкционные стали  следует охлаждать приблизительно  до 600 °С на воздухе с целью получения мелкозернистой структуры, а затем, чтобы избежать возникновения внутренних напряжений, охлаждение осуществлять медленно в печи или в ящике с песком или золой, установленном в горне. Инструментальные углеродистые стали следует охлаждать в печи или горне до 670 °С, а затем скорость охлаждения можно ускорить, открыв заслонки печи и удалив топливо из горна. 

Диаграмма состояния железо - углерод для определения температуры нагрева сталей при термической обработке.

        В зависимости  от цели изменения структурных  превращений (диаграмма состояния  показана на рисунке) применяют  следующие разновидности отжига.

1. Полный отжиг состоит в нагреве  сталей, содержащих углерода до 0,8%, до температуры выше линии SG на 30...50°С, что отражено на диаграмме состояния железо - углерод, т. е. Ас3 + (30...50°С), а сталей с содержанием углерода больше 0,8% до температуры вьше линии SIC на 30...50°С, т.е. Act + (30...50°CJ, выдержка при этой температуре до полного прогрева поковки и последующем медленном охлаждении вместе с горном или печью. Поковки из углеродистых сталей охлаждают со скоростью 50...150 градус/ч, а из легированных сталей - 20...60 градус/ч. В результате в металле снимаются внутренние напряжения, он становится более мягким и пластичным, но менее твердым.

2. Низкий отжиг состоит в нагреве  поковок до температуры, немного  превышающей критическую 723 °С (примерно до 740...780 °С), с периодическим изменением температуры ниже и выше точки S и медленном охлаждении до 670 °С, после чего охлаждение можно ускорить. Такой отжиг применяют для уменьшения твердости, увеличения пластичности и улучшения обрабатываемости поковок из инструментальных сталей.

3. Рекристаллизационный отжиг состоит в нагреве сталей до температуры 650...700 °С и охлаждении на воздухе. С помощью этого отжига снимают наклеп и исправляют структуру сталей, нарушенную во время ковки при низких температурах.

4. Нормализационный отжиг (нормализация) состоит в нагреве поковок до температуры 780... ...950 °С, непродолжительной выдержке при ней и последующем охлаждении на воздухе. Нормализацию, как правило, применяют для устранения крупнозернистой структуры, образовавшейся в результате вынужденного или случайного увеличения времени нахождения заготовок в печи для исправления структуры перегретой стали (перегрева), измельчения зерна, смягчения стали перед обработкой резанием и получения при резании более чистой поверхности, а также общего улучшения структуры перед закалкой. В результате нормализации сталь получается несколько тверже и менее пластичной, чем после низкого отжига. Нормализация по сравнению с отжигом более экономичная операция, так как не требуется охлаждения вместе с горном или печью.

         Закалка  состоит в нагреве углеродистых  сталей, содержащих углерода до 0,8%, до температуры выше линии SG на 20...40 °С (см. рисунок), т. е. Ас3 + (20...40 °С), а сталей с содержанием углерода более 0,8% до температуры выше линии SK на 20...40°С, т.е. Лс, + (20...40 °С), выдержке при этих температурах и охлаждении в охлаждающей среде о соответствующей скоростью охлаждения.

Стали с содержанием углерода меньше 0,25% в результате закалки свои свойства изменяют незначительно, поэтому обычно их не закаливают. Закалку применяют для увеличения твердости, прочности и износостойкости деталей, получаемых из поковок. В практике обычно закаливают рабочие части различного технологического инструмента, измерительного инструмента, тяжелонагруженные и работающие на истирание детали машин.

        Нагрев стали  под закалку осуществляют в  горнах или нагревательных печах. Детали в горны укладывают  так, чтобы холодное дутье воздуха  не попадало непосредственно  на сталь. Нужно следить, чтобы  нагрев происходил равномерно. Чем  больше углерода и легирующих  элементов содержит сталь, чем  массивнее деталь и сложнее  ее форма, тем медленнее должна  быть скорость нагрева под  закалку. Продолжительность выдержки  при закалочной температуре ориентировочно  принимается равной 0,2 от времени  нагрева. Слишком длительная выдержка  при закалочной температуре не  рекомендуется, так как при этом  интенсивно растут зерна и сталь теряет прочность.

         Охлаждение  является исключительно важной  операцией закалки, так как от  него практически зависит получение  требуемой структуры в металле. Для этого должно быть достаточное  количество охлаждающей жидкости, чтобы температура во время  нахождения в ней детали повышалась  незначительно. Для достижения равномерной  закалки нагретую деталь надо  быстро погрузить в охлаждающую жидкость и перемешать ее в жидкости до полного охлаждения. Если закаливают только конец или часть изделия (например лезвие топора), те его опускают в закалочную жидкость на требуемую глубину и перемещают вверхвниз, так чтобы не было резкой границы скорости остывания между закаливаемой и незакаливаемой частями изделия и не появились трещины в переходной части.

        Выбор охлаждающей  среды зависит от марки стали, величины сечения детали и  требуемых свойств, которые должна  получить сталь после закалки. Стали с содержанием углерода  от 0,3 до 0,6% обычно охлаждают в  воде, а с большим содержанием  углерода - в масле. При этом следует  учитывать конфигурацию деталей  и их сечение. Детали со сложной  конфигурацией, с резкими переходами  от малого сечения к большому и массивные детали охлаждать в воде опасно, так как на них могут появиться трещины.

        При закалке  стали сложным является получение  желаемого двухскоростного охлаждения  ее. В интервале температур 650...450°С требуется быстрое охлаждение со скоростью 20...30°С/с. Это позволяет избежать коробления и трещин. Лучшей закалочной средой была бы двухслойная жидкость, в которой верхний слой - вода с температурой 18...28°С, а нижний - машинное масло. Но, к сожалению, такую двухслойную жидкость получить нельзя, потому что масло всплывает на поверхность.

        При определенном  навыке можно применять следующий  режим охлаждения. На несколько  секунд погрузить деталь в  воду, а затем быстро перенести  ее в масло. Ориентировочное время  охлаждения в воде до переноса  в масло составляет 1... 1,5 с на каждые 5...6 мм сечения детали. Такой способ охлаждения получил название «через воду в масло» или прерывистой закалки.» Ее применяют для закалки инструмента из углеродистой стали.

        При большом  сечении детали наружные слои  охлаждаются быстрее, чем внутренние, и поэтому твердость на поверхности  получается больше, чем в середине. Углеродистые стали, например стали 40 и 45, закаливаются на глубину 4...5 мм, а глубже будут частично закаленная зона и незакаленная сердцевина. Легирующие элементы — марганец, хром, никель и др. способствуют более глубокой закалке. Например, сталь 30Х закаливается на глубину 6...9 мм, сталь 40СХ - на глубину 12 мм и сталь ЗОХНЗ - на глубину 10 мм.

        Некоторые  детали нуждаются в большои прочности на поверхности при сохранении мягкой и вязкой сердцевины. Такие детали рекомендуется подвергать поверхностной закалке. Один из самых простых способов такой закалки состоит в загрузке детали в печь с высокой температурой (950... 1000 °С), быстром нагреве поверхности до закалочной температуры и охлаждении с большой скоростью в проточной охлаждающей среде.

        Часто закалку  выполняют сразу после ковки  без дополнительного нагрева, если  температура поковки после ковки  будет не ниже закалочной температуры.

        Закалка может  быть сильной, умеренной и слабой. Для получения сильной закалки  в качестве охлаждающей среды  применяют воду при 15...20°С до погружения в нее детали и водные растворы поваренной соли и соды (карбоната натрия). Умеренная закалка получается при использовании воды со слоем масла толщиной 20...40 мм, нефти, мазута, мыльной воды, жидкого минерального масла, а также горячей воды. Слабая закалка получается, если применять в качестве охлаждающей среды струю воздуха или расплавленный свинец и его сплавы. Закалка требует внимания и умения. Плохая закалка может испортить почти готовые детали, т. е. привести к образованию трещин, перегреву и обезуглероживание поверхности, а также к желоблению (короблению), которое в значительной степени зависит от способа и скорости погружения детали в охлаждающую жидкость.

        Закалка - не  окончательная операция термической  обработки, так как после ее  сталь становится не только  прочной и твердой, но и очень  хрупкой, а в поковке возникают  большие закалочные напряжения. Эти напряжения достигают таких  значений, при которых в поковках  появляются трещины или детали  из этих поковок разрушаются  в самом начале их эксплуатации. Например, только что закаленный  кузнечный молоток нельзя использовать, так как при ударах им о  металл от него будут откалываться  кусочки металла. Поэтому для  уменьшения хрупкости, внутренних  закалочных напряжений и получения  требуемых прочностных свойств стали после закалки поковки подвергают отпуску.

        Отпуск состоит  в нагревании закаленной стали  до температуры ниже Ас1 (см. рисунок), выдержке при этой температуре некоторое время и быстрого или медленного охлаждения, как правило, на воздухе. В процессе отпуска в металле структурных изменений не происходит, однако уменьшаются закалочные напряжения, твердость и прочность, а пластичность и вязкость увеличиваются. В зависимости от марки стали и от предъявляемых к детали требований по твердости, прочности и пластичности применяют следующие виды отпусков.

1. Высокий отпуск состоит в  нагреве закаленной детали до  температуры 450...650°С, выдержке при этой температуре и охлаждении. Углеродистые стали охлаждаются на воздухе, а хромистые, марганцовистые, хромокремниевые - в воде, так как медленное охлаждение их приводит к отпускной хрупкости. При таком отпуске почти полностью ликвидируются закалочные напряжения, увеличивается пластичность и вязкость, хотя заметно уменьшается твердость и прочность стали. Закалка с высоким отпуском по сравнению с отжигом, создает наилучшее соотношение между прочностью стали и ее вязкостью. Такое сочетание термообработки называют улучшением Улучшению подвергают сильнонагруженные детали машии, изготовленные из углеродистых сталей с содержанием углерода 0,3...0,5%.

2. Средний отпуск состоит в  нагреве закаленной детали до  температуры 300...450°С, выдержке при этой температуре и охлаждении на воздухе. При таком отпуске увеличивается вязкость стали и снимаются внутренние напряжения в ней при сохранении достаточно большой твердости. Он применяется для деталей машин, работающих в условиях трения и динамических нагружеиий.

3. Низкий отпуск состоит в  нагреве закалении детали до температуры 140...250 °С и охлаждении с любой скоростью. При таком отпуске почти не уменьшается твердость и вязкость стали, но зато снимаются внутренние закалочные напряжения. После такого отпуска детали нельзя нагружать динамическими нагрузками. Чаще всего его используют для обработки режущего и измерительного инструмента из углеродистых и легированных сталей.

        При изготовлении  слесарного, кузнечного или измерительного  инструмента ручной ковкой кузнецы  часто применяют закалку и  отпуск с одного нагрева. Такую  операцию называют самоотпуском и выполняют следующим образом. Нагретую под закалку поковку охлаждают в воде или масле не полностью, а до температуры несколько выше температуры отпуска, которую можно определить при извлечении поковки из закалочной среды, по цвету побежалости на предварительно обработанной на наждачном круге поверхности поковки. После этого поковку окончательно охлаждают путем погружения ее в воду или масло.

        При отсутствии  измерительных приборов температуру  нагрева поковки определяют по  цвету побежалости. Для этого  перед нагревом поковки для  отпуска на ней, в нужном месте, зачищают небольшой участок наждачной  бумагой или другим абразивом. Нагревают поковку и наблюдают  за изменением цвета металла  по зачищенной поверхности. При  этом цвета побежалости будут  соответствовать следующим приблизительным  температурам нагрева поковки: