При відпусканні сталі в ній відбуваються декілька процесів, які накладаються один на одного; основним з них є дифузійний розпад структур, отриманих після гартування - мартенситу і залишкового аустеніту. Термодинамічне перетворення при відпусканні пояснюються прагненням системи перейти з більш нерівноважного стану в менш нерівноважний.
При вивченні перетворень, які відбуваються у сталі при відпусканні, було встановлено, що при відпусканні загартованої сталі відбуваються чотири перетворення.
Перше перетворення - це перехід мартенситу з тетрагональною ґраткою, характерною для загартованої сталі, у мартенсит із кубічною ґраткою, названий відпущеним мартенситом. Це перетворення відбувається при нагріванні загартованої сталі до 80…200 0С. Зменшення тетрагональності ґратки мартенситу пояснюється виділенням із перенасиченого твердого розчину вуглецю в Fеα, пластинок цементиту, товщиною в декілька атомних прошарків. Пластинки цементиту при цьому ще не відокремилися від ґратки вихідного твердого розчину і когерентно а ним пов'язані.
При нагріванні до 200…300 оС у сталі відбувається друге перетворення: розпад другої структурної складової загартованої сталі - залишкового аустеніту на механічну суміш фериту і цементиту.
При третьому перетворенні, яке відбувається при нагріванні сталі до 300…400 оС, виділення цементиту відокремлюються від ґратки твердого розчину і відбувається їхній ріст. Розпад мартенситу при цьому повністю закінчується і структура складається з фериту і цементиту. Відбувається також зняття внутрішніх залишкових напруг, які виникли в сталі після гартування.
При нагріванні сталі вище 400 оС відбувається тільки коагуляція (укрупнення) виділень фериту і цементиту - четверте перетворення.
У результаті цих перетворень загартована вуглецева сталь, нагріта до 300…500 оС, одержує структуру трооститу відпуску (рис.6.11, в), а при нагріванні до 500…680 оС структуру сорбіту відпуску (рис.6.11, г). Цементит у трооститі і сорбіті відпуску має зернисту форму, що обумовлює у відпущеній сталі зниження міцності та твердості і підвищення пластичності і в’язкості в порівнянні з загартованою сталлю. Дисперсність структурних складових у трооститі відпуску вища, ніж у сорбіті, і тому твердість і міцність сталі, яка має структуру трооститу відпуску, вища ніж у сталі, відпущеної на сорбіт, а пластичність і в’язкість - нижче.
Рис.6.11. Мікроструктури мартенситу та продуктів його розпаду при відпусканні (х1500): а – мартенсит; б – мартенсит відпускання; в – троостит відпускання; г – сорбіт відпускання (у верхніх частинах структури при збільшенні х12500).
При кімнатній температурі і дуже тривалих витримках у загартованій вуглецевій сталі відбувається зміцнююче відпускання (природне старіння), характерне тим, що твердість і міцність сталі збільшуються, а пластичність і в’язкість зменшуються. Вже при невисокому нагріванні цей процес пришвидшується (штучне старіння). Проте чим вища температура нагрівання, тим швидше відбувається не тільки зміцнення, але і розміцнення сталі.
