Способ обработки низколегированной стали

Способ обработки низколегированной стали

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

СПОСОБ ОБРАБОТКИ НИЗКОЛЕГИРОВАННОЙ СТАЛИ, преимущественно с содержанием углерода 0,1-0,3%, включающий аустенизацию, подстуживание, деформацию и упрочняющую термическую обработку, о т л и ч a ю щ и и;с. я тем, что, с целью повышения прочности , подстуживание осуществляют до АГз -

СООЭ СОВЕТСКИХ

° ЗИ Л ОН

РЕСПУБЛИН

7 А ае -аи

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К IEETOPCNDMV СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И (ЛИРЫТИЙ (21) 3532634/22-02 (22) 27. 12. 82 (46) 07.07.84. Бюл. 0 - 25 .(72) О.А. Кайбышев, Г.А. Салищев, В.В. Прилучньй, В.А; Дробязко, И.А. Климов, С.И. Михайлов, В.Н. Голубев, В.Н..Слобода, А.Е. Бардинов . и P.Â. Сафиуллин (71) Уфимский авиационный институт им. Орджоникидзе (53) 621.785:621.787(088.8) (56) 1. Бернштейн М.Л., Термомеханическая обработка металлов и сплавов.

M., "Металлургия", 1968, с. 22-23, 2. Авторское свидетельство СССР

В 42707.1, кл. С 21 Р 8/00, 1972.

2. Патент США Ф 3423252, кл. 148-12, опублик. 1969. (54)(57) СПОСОБ ОБРАБОТКИ НИЗКОЛЕГИРОВАННОЙ СТАЛИ, преимущественно с содержанием углерода 0,1-0,3Х включающий аустенизацию, подстуживание, деформацию и упрочняющую термическую обработку, о т л и ч а ю щ и й-.с я тем, что, с целью повьппения прочности, подстуживание осуществляют до

Ar — ($0-80) С со скоростью 1-10 С/с, а деформацию производят в изотермических условиях со скоростью 10 —

10 с до степени не более 40Х затем со скоростью 5 10 — 10" с причем суммарная степень деформации составляет не менее 70%.

1101457

Изобретение относится к металлургии и может быть использовано при обработке давлением низколегированных сталей с содержанием углерода

0,1-0,37. 5

Известен способ термомеханической обработки стали, включающий нагрев до температуры аустенизации, пластическую деформацию, немедленную закалку на мартенсит и отпуск (1) . f0

Однако применение данного способа дри обработке низкоуглеродистой малолегированной стали не дает существенного повышения свойств по сравнению с обычной закалкой и отпуском. f5

Известен способ обработки стали, включающий нагрев до температуры выше Ас,(Ас, + 50-70 С) са скоростью более 100 C/с, подстуживание, деформацию аустенита до 35-707, отпуск 20 и деформацию мартенсита до 3-153 f2) .

Недостатком этого способа является необходимость применения высокоскоростного нагрева, что трудноосу ществимо для заготовок большого 25 сечения, а деформация заготовок с мартенситной структурой сопряжения с известными трудностями и связи с их повышенной прочностью.

Наиболее близким к изобретению по

:.технической сущности и достигаемому результату является способ обработки стали включающий аустениэацию заго" 3 о

:товок при 900-930 С в течение 0,10,3 ч, обеспечивающую получение мелких зерен аустенита, подстуживание .до 760 С, выдержку в течение 1 ч, многократную прокатку с суммарным обжатием 807 (при единичном обжатии между проходами 203) и промежуточ:ными подогревами до 760 С и завершающую термообработку (3) .

Недостатком известного способа является необходимость применения дли- 4> тельной вьдержки перед, прокаткой и промежуточных подогревов, что снижает производительность процесса. С другой стороны прокатка в аустенитноферритной области проводится после 50 окончания полного распада аустенита, при этом длительная выдержка сущестt венно укрупняет микроструктуру стали.

Последующая деформация проводится е относительно небольшими степенями 55 обжатия, что не обеспечивает сталь достаточно высокими значениями прочности.

Целью изобретения является повышение прочности.

Поставленная цель достигается тем, что согласно способу обработки низколегированной стали преимущественно с содержанием углерода 0 1-0,3Е,включающему аустенизацию, подстуживание, деформацию и упрочняющую термическую обработку, подстуживание осуществляют до Ar, -(50-80 С) со скоростью 1

10 С/с, а деформацию производят в иэотермических условиях со скоростью

10 — 10 1с 1до степени не более 40Х затем со скоростью 5 ° 10 - 10 с причем суммарная степень деформации составляет не менее 707.

Повышение прочностных свойств стали обусловлено комплексом микроструктурных изменений; происходящих в процессе деформации и термообработки.

Нагрев выше Ас позволяет получить в сталях мелкое зерно аустенита с размером 10-15 мкм.

Подстуживание до температур Ar

-50-80 С со скоростями 1-,10 С/с фика

3 сирует в стали состояние переохлажденного аустенита. Указанный интервал температур деформации стали с содержанием углерода 0,1-0,.3Х соответствует фазовому составу стали с ферритом в количестве 40-60Х что способствует формированию перед деформацией с малыми скоростями микроструктуры с соотношением феррита и аустенита близким 1: 1. Снижение или повышение температуры деформации соответственно понижает количество феррита или аустенита. В то же время эти температуры являются оптимальными для сверхпластической деформации низколегированных малоуглеродистых сталей с мелким зерном. Увеличение скорости охлаждения более 10 С/с нецелесообразно

0 из-за сложности определения степени переохлаждения аустенита. Применение скорости менее 1 С/с приводит к вью делению феррита до начала деформирования, что резко увеличивает неоднородность структуры и оказывается на уровне прочностных свойств, достигаемых после обработки.

Деформация переохлажденного аустенита сопровождается насьпцением его дефектами кристаллической решет.ки, служащими зародьппевыми центрами для выделения зерен феррита. Одновременно с этим в стали протекают процессы рекристаллиэации, что, в ко1101457 нечном итоге, приводит к формированию в стали мелкозернистой феррито-аустенитной структуры. Использование скоростей, больших 10 с 1, подавляет процессы рекристаллизации и приводит к формированию неоднородной структуры в стали и полосчатости выделения феррита. Нижний предел скорости деформации Е = 10 с обусловлен необходи-1 мой степенью измельчения зерна. Умень-10 шение скорости деформации менее

10 . с приводит к увеличению размеров зерен, что снижает эффект повьппения прочности.

Необходимость деформации до степе ни 40% обусловлена также степенью измельчения зерна,.величина которого после такой обработки (3-4 мкм) при указанных температурах и скоростях деформации получается лишь при дости-20 жении 40Х.

Уменьшение скорости деформации после достижения степени 40% до E =

=5 10э- 10 с . позволяет деформировать заготовки в условиях сверхплас- 25 тичности, что позволяет деформировать заготовки с большими степенями без образования трещин и нарушения сплош" ности

"3

Повышение скорости f более 5 10 с30 увеличив ает неоднородность микрострук. туры в заготовках, что снижает прочностные свойства стали. Использование скоростей меньше 10"1с 1, снижающее производительность процесса, неце. лесообразно.

Наибольшее повышение свойств стали наблюдается при суммарной степени. деформации более 70% и связано с за- вершением формирования мелкозернистой

10 аустенитно-ферритной микроструктуры.

Пример 1. Заготовки иэ низколегированной стали 15ХСНД нагревают до 900 С (Ас, + 20 С) и выдерживают в течение 10 мин. Затем заготовки охлаждают со скоростями 0,5; 1,0;

10 С/с. до температур 760, 780, 810, 850 С (Ar — 100, 80, 50,. 10 С) и деформируют на гидравлическом прессе, причем программу нагружения выби-. .рают такую, что до степени деформации 407 деформацию производят со cico ростями Е, = 1 ° 10; 1 "10 ; 1 ° 10 а затем деформация производилась со скоростями E =10; 5 ° 10 10 до суммарной степени деформации 707.. После В5 охлаждения заготовки подвергались закалке с 930о и отпуску при 500 С в течение 2 ч.

Для сравнения свойств заготовок, получаемых по предлагаемому способу, с известными, часть заготовок стали

15XCHTJ подвергалась нагреву до 930

У затем часть заготовок закаливалась, лвугая часть осаживалась ло 30% со скоростью 5 с 1 и закаливалась в воде часть подстуживалась до 760 С P3) и деформировалась на 607, затем охлаждалась в воде, Заключительной операцией для закаленных заготовок был высокий отпуск при 500 С в течение

2 ч. Результаты сравнительных меха.— нических испытаний стали, обработанной по указанным режимам, приведены в табл. 1 и 2.

Сталь !5ХСНД, деформированная в интервале температур 780-810 С со скоростью Е1 = 10 — 10 до степени

40Х и с последующей деформацией со скоростью 5 10 — 10 после термической обработки -б =73-75 кг/мм ;

6 = 61-63 кг/мм, что на 10-12 кг/мм выше, чем у стали, обработанной по известному способу (6 > = 62, 1 кг/мм, 6„ = 50,7 кг/мм ), íà 5-6 кг/мм выше, чем прочность стали 15XCHII после

BTN0 (= 68,6 кг/мм убоев, =56,1. кг/мм ), на 9-10 кг/мм2 выше, чем у стали после обычной термообработки (e = 64,0 кг/мм2,б„ =

/= 52,1 кг/мм ) .

Использование способа без после дующей термообработки также повьппает прочностные свойства стали. Предел прочности возрастает до 57,4 кг/мм (в исходном состоянии 53,6 кг/мм }, предел текучести возрастает до

45,1 кг/мм (в исходном состоянии

35,0 кг/мм ). Эти преимущества позволяют получать обработкой давлением изделие из низколегированной малоуглеродистой стали с повышенной прочностью, что снижает вес изделия и увеличивается его долговечность.

Пример 2. Предлагаемый способ также применим для повышения прочностных свойств сварных соединений из низколегированной стали. Заготовки стали со сварными швами, получейные электродуговой сваркой под слоем флюса на сварочном автомате АДФ-1062 на следующих режимах: ICS = 950-1000 А, 08 = 33-35 В, Vq = 18 м/ч, скорость подачи проволоки 148 м/ч (использовался флюс АН-348А и.присадочная проволока СВ-M100a), нагревали до

1101457

900, выдерживали в течение 10 мин, подстуживали до 800 С, деформировали на гидравлическом прессе, причем

10 с E = 5 10 с, и охлаж1 дали на воздухе. Сварное соединение

> без обработки имеетбо = 26,8; >е

=50,5; 3:. = 207.. После обработки- од=

47ь4 кг/мм ;d 6 = 58,2 кгlмм, о =187.

Таким образом, применение изобретения позволяет повысить прочност/ ные свойства сварного соединения на 15-40%. ь

СГ

СЧ О

СМ

Щ 1

Ю ь и 1 »

С Ъ О

Р 1 и л О

С1 л б О

СГ) и Г О

СГ\

СГ) О и

Ф О л и

О1 л л

CV и0 5

OO л ь л л

СЛ ь л л л ь л

r л

Ch

О О л

О

С 1 л

СО

tn ь л

СО и ь л Ф

О ю л ь О

С 1 л л и

C) л

О0 и1

C) л

M О

tA л сь л л л

СО

Щ ь л л

1Г1

00 О л

Ol О л Г1

СЬ О и 1 л л О

ttl и

Оъ О СЧ и \

4 О

СЧ

СГЪ

° 4 О

Т.

tel л

МЭ

СЧ

tA

С" 1 О л б О

Щ 1 О ь О л

1 ь

СО

Ю л

«h

СО л

Ю л и

CO О О

С 1 . л л

СО

1Г1 ь л

С4 О л

С 4

"О л. и л

lA л О

О1 Г ь л

00 и \

О1 О О

ttl

Со О

СО О ь

Ф о ь

СГ) и О

Ю л ю ь л О и

СО О со

Щ

C>. л

СЧ л Р О А

Е

О о ж

0 о

П а

1 ь

1 СГЪ

1 оо

1

СМ и

Ф О

С 1 л б

Ю О

1 л О и0

Ul

00 О л и

Ch О

СГ)

СО О О и 1

СО О 5 о О О л

|Г1 О

Щ л О ю и

00 О О и

00 О л л ь л

Г1

О1 О ь

СО л и л ь

Р1 л

00 О

Ф л

С> О. Г

1 О О л

Щ л О л а О О

Р л и О

СГ

tal л. л О

С 1 ю л О и и л О

С6

Е а о

° в

Э

Ц

Ф»

1ч

О cJ о а о g и х

1ua

an и1 л

Ct л ь л ь

ОО

<Ч

1 ь

7 ь

t ь

1 Ь

Д л

Е (.Э иа оь аь о сл

Х

v o ь О л

I о е

1 <б

I а

", u

>о

СЕ а

1 Э

1Аz л с4 о

-о

t0

-о

1::1; х (Э и и1

1

1

I I

1101457

CV CV

Л Г1

01 4

О Л :) м л и .

CO СЧ а О

Ch б О л

Л" О и а

СЬ Ch .О О

" О и

СЧ С 4 ц а

С 1 О О

1101457

Таблица 2

Способ в, кг/мм

62) кг/мм

S,z,, Предлагаемый

53,6

35 0

Исходное состояние

23

64,0

52,1

22

56,1

68,6

59

50 7

63,5

45,1

57,4

61,1

74,0

Редактор Н. Джуган

Заказ 4724/14 Тираж 540 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва,. Ж-35, Раушская наб,, д. 4/5

Филиал ППП "Патент", г. Ужгород, ул. Проектная, 4

Исходное состояние + закалка 930 С, отпуск б

500 С в течение 2 ч

BTN0 (T = 930 C E = 30X, закалка в воде, отпуск

500оС 2 ч) Известный (нагрев до

900 С 10 мин, подстуживание до 760оС деформация c = 80É, охлаждение в воде) Предлагаемый способ (без термообработки, нагрев до 900 С, подстуживание до 810ос, 10еC/ñ, Ее =

=10 с, E = 5"10 с- ) .. Предлагаемый способ + закалка 930оС, отпуск 500 С, 2 ч

Механические свойства стали 15ХСЦЦ

Составитель И. Липгарт

Техред Т. Маточка Корректор А. Ференц