Способ деформационной термической обработки длинномерных изделий

Способ деформационной термической обработки длинномерных изделий

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

Изобретение относится к деформа- 1ЩОННОЙ термической обработке стали и может быть использовано при обработке длинномерных изделий прокатного производства, преимущественно тонких лент. Цель изобретения - повышение прочности при одновременном обеспечении пластичности. Сущность изобретения заключается в том, что изделие , например, в виде ленты из малоуглеродистой или низколегированной стали, подвергают аустенитизации, деформации знакопеременным изгибом,закалке и отпуску. Причем знакопеременный изгиб осуществляют по схеме модулированного колебания с выпуклой, точнее синусоидальной огибающей,т.е. амплитуду смещения при изгибе задают во времени как-а (t)A(l-sin2 ii t/Т) «sinut, где А г максимальная амплитуда , W - частота изгибов, Т - длительность всей деформации при частоте изгибов 40-140 1/с. Упрочнение заканчивают после того, как в структуре стали образуются аустенитные зерна с преимущественно ориентированными взаимно параллельными границами , расположенными под углом преимущественно 45 к направлению касательных напряжений при изгибе. 1 з.п. ф-лы, 3 ил., 2 табл. e (Л со 00 со

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

А1 (19) (11) (511 4 С 21 D 8/02 9/52

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ:-

К А BTOPCKOMY СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21) 3996830/23-02 (22) 26.12.85 (46) 30.10,87.Бюл. !(- 40 (71) Центральный научно-исследовательский институт черной металлургии им. И.П.Бардина и Всесоюзный научноисследовательский институт металлургического машиностроения им.А.И.Целикова (72) В.К.Белянинов, Б,В.Попов, Н.И.Крылов, Ю.С.Комиссарчук, Б.M.Тарасов, С,Н.Никифоров, В,А.Лукин, Т ° Н.Кошелева, В.Е.Китайский, M.Ñ.Âàñèëåâñêèé, И.А.Дроздова и Г.E.ÇàíîñîBà (53) 621.785.79 (088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

II 985080, кл. С 21 D l/74, 1983

Авторское свидетельство СССР

М 600884, кл. С 21 D 7/14, 1.978. (54) СПОСОБ ДЕФОРМАЦИОННОИ ОБРАБОТКИ

ДЛИННОМЕРНЫХ ИЗДЕЛИЙ (57) Изобретение относится к деформационной термической обработке стали и может быть использовано при обработке длинномерных иэделий прокатного производства, преимущественно тонких лент. Цель изобретения — повышение прочности при одновременном обеспечении пластичности. Сущность изобретения заключается в том, что изделие, например, в виде ленты иэ малоуглеродистой или низколегированной стали, подвергают аустенитизации, деформации знакопеременным изгибом,закалке и отпуску. Причем знакопеременный изгиб осуществляют по схеме модулированного колебания с выпуклой, точнее синусоидальной огибающей,т.е. амплитуду смещения при изгибе задают во времени как à(t) =А(1 -sin2nt/Т)" sinut, где А †. максимальная амплитуда, w — частота изгибов, Т вЂ” длительность всей деформации при частоте изгибов 40-140 1/с. Упрочнение заканчивают после того, как в структуре стали образуются аустенитные зерна с преимущественно ориентированными взаимно параллельными границами, расположенными под углом преимуо щественно 45 к направлению касательных напряжений при изгибе. 1 э.п. ф-лы, 3 ил., 2 табл.

1348377

Изобретение относится к деформационной термической обработке стали и может быть использовано при обработке длинномерных изделий прокатно5 го производства, преимущественно тонких лент, Цель изобретения — повышение прочности при одновременном обеспечении пластичности. 10

На фиг.1 дана схема деформации ленты; на фиг. 2 — график изменения амплитуды смещения при изгибе ленты; на фиг. 3 — зависимость предела прочности стали от частоты изгибов лен- 15 ты.

Изделие, например, в виде ленты, из малоуглеродистой или низколегированной стали, подвергают аустенитизации, деформации знакопеременным из- 20 гибом, закалке и отпуску, причем знакопеременный изгиб осуществляют по схеме модулированного колебания с выпуклой, точнее синусоидальной огибающей, т.е. амплитуду смещения при изгибе задают во времени t как а (t) = А(1-sin 2 t/Tsinwt где А — максимальная амплитуда;

w — частота изгибов; 30

Т вЂ” длительность всей деформации при частоте изгибов 40-140 1/с.

Критерием упрочнения служит образование аустенитного зерна с преимущественно ориентированными взаимно параллельными границами, расположено ными под углом преимущественно 45 к направлению касатеJIbHblx напряжешш при изгибе.

Уровень упрочнения при термомеха- 40 нической обработке во многом определяется уровнем накопления напряжений, который в свою очередь зависит от степени деформации. Поэтому степень деформации является определяющим фак- 45 тором. От того, как интенсивно накапливаются напряжения, какая будет степень деформации перед закалкой,зависит степень упрочнения, Однако состояние, полученное в результате знакопеременной деформации, необходимо зафиксировать закалкой. При термомеханической обработке знакопеременным изгибом деформация осуществляется дробно с малыми единичными степенями.

Набор необходимой деформации должен быть выполнен за время, меньшее времени полной релаксации, Необходимость ограничивать время деформации заставляет увеличивать частоту гибов, т.е. скорость деформации, Способ осуществляют следующим образом.

Способ осуществляли на ленте иэ стали 20 сечением 2х45 мм. Ленту обрабатывали непрерывно, последовательно протягивая ее через проходную печь, узел деформации и спрейер.3атем изделие помещали в печь для отпуска. Для сравнения свойств, получаемых в результате термопластической обработки со свойствами после обычной закалки, ленту обрабатывали на той же линии, минуя узел деформации и сохраняя остальные условия обо работки неизменными ° Ленту нагревали до 960 С, по выходе из печи она остью, о вала до 930 С и при этой температуре начиналась ее деформация энакопеременным изгибом. Температура ленты после 20 гибов не опускалась ниже

910 С.

В процессе деформации энакопеременным изгибом в ленте возникают напряжения растяжения — сжатия, как показано на фиг,1. Максимальная деформация при изгибе составляла 7Х.

Закон изменения амплитуды гибов и процессе осуществления способа многократно изменяли.

Пример 1, Ленту деформировали 4 гибами с затухающей амплитудой.

Пример 2. То же, что в примере 1, но с амплитудой, изменяющейся от нуля до максимума и снова до нуля.

Пример 3. Ленту деформировали 16 гибами с постоянной амплитудой и затем 4 гибами с затухающей амплитудой.

Пример 4. Деформация ленты

20 гибами с амплитудой, изменяющейся по графику затухающего модулированного колебания.

Пример 5. То же, что в примере 4, но с амплитудой, изменяющейся по закону модулированного колебания с синусоидальной огибающей, как показано на фиг.2, Пример 6, Закалка без предварительной деформации, Испытания проводились при прочих равных условиях, Механические свойства ленты,обработанной по режимам примеров 1-6, приведены в табл.1, 1348377

Таблица 1

Общее число гибов

Пример

Частота гибов,с

Прочность, МПа

Удлинение

Е исло циков до разрушения при изгибе с продольным нагружением

900 МПа, xl0

4 14

)254

5,0

l 9

2 4 14

3 20 70

1259

6,7

1,9

1274

6,2

20 70

1294

6,1

5 20 70

l40I

9,3

2,5

4,2

1254

В примерах 1-5 использованы все признаки способа-прототипа, Для усталостных испытаний были отобраны только ленты с наиболее высокими

Примечание. показателями пластичности, 50 ливость изделия.

Как видно иэ табл. 1, деформация

4 гибами (примеры 1 и 2) дает мало различимое упрочнение и не влияет на величину прочности несмотря на изменение закона перемены амплитуды.Недостаточное количество гибов приводит к получению прочностных характеристик ленты, аналогичных обычному закаленному состоянию.

Увеличение числа гибов до 20 (примеры 3-5) сопровождается повышением роли закона изменения амплитуды. Наименьший эффект упрочнения получен при изменении амплитуды по закону, принятому в примере 3. Наиболее существенное приращение прочности дает энакопеременный изгиб с амплитудой, изменяющейся по закону модулированного колебания с синусоидальной огибающей в условиях примера 5. При этом одновременно повышается пластичность и усталостная выносМеханические свойства

Таким образом, удовлетворяющей всем перечисленным факторам и сообщающей наибольший эффект является деформация по закону модулированных ко40 лебаний с выпуклой, точнее синусоидальной, огибающей (фиг.2), описываемая уравнением.

a(t) А„„, (I-sin --") sinut>

45 где a(t) и А„„, — текущая и максимальная амплитуда деформации, соответственно; текущая координата времени, и — частота гибов; — величина, обратная времени всей деформации 2 /Т, 55 подставив которую в уравнение вместо Q. — получим

2 iit

a (t) А (1-s in — — -) s irmt . макс Т

1348377

Таблица 2

Пример

ЧастоВремя релакПрочность,МПа та гибов, гиб/с сации напряжения, с

30 выше, чем у закаленной стали, анало1 14

2 28

3 40

4 56

5 70

6 140

7 210

2,2

l?54

1305

2,0

1,8

1392

1,6

1397

1401

1,4

0,6

1420

0,35

1430

Как видно из табл.l на уровень свойств влияет не только форма, но и частота гибов, Поэтому проведено дополнительное определение необходимой частоты гибов для достижения упрочнения.

Так как частота гибов определяет степень релаксации напряжений, была исследована также релаксация напряжений после каждого режима обработки °

Результаты испытаний приведены в табл. 2.

Деформацию осуществляли на планетарной машине, на которой количество гибов задается скоростью вращения деформирующего инструмента при постоянной скорости перемещения ленты.

Скорость перемещения ленты составляла О,! м/с °

Как видно из табл,2, необходимым и достаточным интервалом частот является интервал 40-140 гибов/с. Деформация с частотой, выходящей за этот интервал, либо не приводит к достаточно высокому, упрочнению, либо,не сообщая существенного приращения прочности, приводит к остаточной деформации, изменяющей размеры иэделия, что недопустимо.

Было проведено исследование микроструктуры ленты, прошедшей термопластическую обработку. Выявлено,что под действием циклического знакопе5

25 ременного изгиба и возникающих при этом напряжений происходит пластическая деформация структуры по кристаллографическим плоскостям, наиболее выгодно расположенным к направлению максимальных касательных напряжений о (под углом, близким к 45 по отношению к оси растяжения — сжатия). В результате образуется характерная структура аустенитного зерна, показанная на фиг. 4 и 5, Аустенитное зерно при термопластической обработке не только измельчается, но и приобретает преимущественную ориентацию. Проведенное исследование структуры показало, что степень ориентированности аустенитного зерна соответствует степени упрочнения °

Таким образом, структура может быть критерием упрочнения термопластической обработкой. 0 степени упрочнения можно судить по образованию аустенитного зерна с преимущественно ориентированными взаимнопараллельными границами, расположенными под о углом 45 к направлению деформации.

Такая структура свидетельствует, что прочностные характеристики изделия гично о прочности стали судят по структуре мартенсита в сравнении со структурой, например, перлита, Технические преимущества предлагаемого способа термопластической обработки состоит в том, что он позволяет получать высокий уровень прочности низколегированных и малоуглеродистых сталей, сопоставимый с прочностью, получаемой на более легированных и углеродистых сталях после их закалки, и в то же время изготовлять ленту любой заданной длины. формула и э о б р е т е н и я

1, Способ деформационной термической обработки длинномерных изделий> преимущественно тонких лент из малоуглеродистых и низколегированных сталей, включающий аустенитизацию,деформацию многократным энакопеременным изгибом с заданной амплитудой смещения, закалку и отпуск, о т л ич а ю шийся тем, что, с целью повышения прочности при одновременном обеспечении пластичности, амплитуду смещения во времени обработки

t задают как

1348377

a(t) А(1 — sin 2iit/Т) sink t, где А — максимальная амплитуда смещения, мм;

Т вЂ” полный период деформации,. с; и — частота изгибов, l/ñ,, а заканчивают обработку по достикении структуры аустенитных зерен с преимущественно ориентированными взаимно параллельными границами, распоо ложенными под углом 45 к направлению деформации.

2. Способ по п.l о т л и ч а ющ и Й с я тем, что частота изгибов составляет 40-140 1/с.

1348377

Составитель А.Кулемин

Техред А.Кравчук Корректор Л.Патай

Редактор Н,Недолуженко

Заказ 5166/26

Тираж 549 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

Производственно-полиграфическое предприятие, г,ужгород, ул,Проектная, 4