Способ термической обработки изделий из пружинных сталей мартенситного класса

Способ термической обработки изделий из пружинных сталей мартенситного класса

Реферат

Изобретение относится к металлургии, в частности к термической обработке изделий из пружинных сталей.

Известен способ термической обработки пружинных сталей, включающий закалку и отпуск, который производят в две стадии: первую стадию отпуска при 150-270°С и вторую стадию отпуска при 280-400°С (а.с. СССР №519482, С 21 D 9/02, 1974).

Известный способ не позволяет достигнуть повышения релаксационной стойкости изделий из пружинных сталей до параметров, соответствующих эксплуатационным требованиям из-за повышенного содержания остаточного аустенита.

Наиболее близким по технической сущности является способ термической обработки пружинных сталей мартенситного класса, например 30Х13 (3Х13) ГОСТ 5632-72, включающий закалку при 950-1050°С и последующий отпуск при 400°С (А.Г.Рахштадт. Пружинные стали и сплавы. “Металлургия”. Москва, 1971, с.256-262).

Известный способ не позволяет достигнуть повышения релаксационной стойкости изделий из пружинных сталей до параметров, соответствующих эксплуатационным требованиям из-за повышенного содержания остаточного аустенита.

Задачей изобретения является повышение релаксационной стойкости изделий из пружинных сталей мартенситного класса до параметров, соответствующих эксплуатационным требованиям за счет снижения содержания остаточного аустенита.

Задача решается тем, что в способе термической обработки изделий из пружинных сталей мартенситного класса, включающем закалку и последующий отпуск, закалку проводят при температуре 900-940°С и отпуск при температуре 350-390°С.

При температуре закалки 900-940°С снижается растворимость в аустените карбидов, а при мартенситном превращении уменьшается содержание остаточного аустенита, что исключает при отпуске в интервале 350-390°С образования вторичного неотпущенного мартенсита.

При закалке ниже 900°С в структуре пружинных сталей сохраняется остаточный феррит (признак недогрева при закалке), снижающий ее упругие свойства.

При повышении температуры закалки свыше 940°С происходит рост зерна, а за счет увеличения растворимости хрома в аустените происходит увеличение его устойчивости. Мартенситное превращение идет неполное, что способствует появлению остаточного аустенита. Наличие остаточного аустенита и превращение его в мартенсит под воздействием упругих напряжений приводит к локальным зонам понижения микропластичности, которые являются концентраторами разрушения в структуре стали, что способствует снижению ударной вязкости и релаксационной стойкости.

При температуре отпуска 350-390°С происходит распад остаточного аустенита с уменьшением количества зон пониженной микропластичности, что способствует повышению релаксационной стойкости изделий из пружинных сталей. Режим отпуска пружинных сталей после закалки обеспечивает не только создание определенной структуры продуктов превращения мартенсита, но и распад остаточного аустенита и выделение дисперсных карбидов.

При отпуске ниже 350°С происходит снятие структурных напряжений и перераспределение дислокаций, но сохраняется остаточный аустенит, что не способствует повышению релаксационной стойкости изделий из пружинных сталей.

При отпуске выше 390°С происходит изменение субструктуры мартенсита, дислокационной структуры, а дополнительный распад остаточного аустенита сопровождается грубым выделением карбидов по границам зерен, что приводит к снижению ударной вязкости, что также не способствует повышению релаксационной стойкости изделий из пружинных сталей.

Известен способ термической обработки пружинной стали, например 30Х13, включающий закалку при температуре 1000-1050°С и отпуск при температуре 500°С (С.А.Филинов, И.В.Фиргер. Справочник термиста. Ленинград, “Машиностроение” Ленинградское отделение, 1975, с95, таб. 45).

Известный способ не позволяет достигнуть повышения релаксационной стойкости изделий из пружинных сталей до параметров, соответствующих эксплуатационным требованиям из-за повышенного содержания остаточного аустенита.

Известен способ термической обработки пружин из аустенитных стареющих сталей, включающий старение и повторный нагрев, причем повторный нагрев производят со скоростью 55-30°/c, а охлаждение производят со скоростью 250-300°/c до температуры 25-30°С, при этом повторный нагрев производят путем пропускания электрического тока (а.с. СССР №529242, С 21 D 9/02, 1973).

Известный способ повышает релаксационную стойкость пружин только для аустенитных стареющих сталей. Для сталей мартенситного класса термическая обработка по известному способу не дает повышения релаксационной стойкости до параметров, соответствующих эксплуатационным требованиям.

В предлагаемом техническом решении обеспечивается повышение релаксационной стойкости изделий из пружинных сталей мартенситного класса за счет снижения содержания остаточного аустенита.

Предлагаемый способ включает закалку изделий из пружинных сталей мартенситного класса с нагревом в соляной электропечи при температуре 900-940°С и отпуск при температуре 350-390°С, выдержку в течение одного часа и охлаждение на воздухе.

После термической обработки для обеспечения чистоты поверхности изделия из пружинных сталей подвергают финишной обработке, после которой одно изделие от партии проверяют на содержание остаточного аустенита. Испытания на релаксационную стойкость и механические характеристики проводят на образцах из пружинной стали для партии изделий.

Полученные результаты испытаний на релаксационную стойкость за счет снижения содержания остаточного аустенита соответствуют эксплуатационным требованиям.

Для определения лучшего результата термическую обработку по предлагаемому способу проводили при температуре закалки 940, 920, 890°С и отпуск при температуре 390, 370 и 340°С.

Пример конкретного осуществления

Проводят закалку образцов (листы из стали 30Х13 длиной 200 мм, шириной 20 мм и толщиной 4 мм загнуты на радиус R=160 мм) в соляной электропечи при температуре, например, 920°С и отпуск при температуре, например, 370°С, выдерживают в течение одного часа и охлаждают на воздухе. После термической обработки для обеспечения чистоты поверхности образцы подвергают финишной обработке. На одном образце проверяют содержание остаточного аустенита (γ=2%). Другой образец испытывают на релаксационную стойкость. При напряжени 30,8 кг/мм² и при упругой деформации (δ=12,5%) релаксационная стойкость получилась равной 4000 ч.

Полученные результаты испытаний на релаксационную стойкость (4000 часов) за счет снижения содержания остаточного аустенита (γ=2%) соответствуют эксплуатационным требованиям.

Лучший результат получен при температуре закалки 920°С и отпуске при температуре 370°С.

Для получения сравнительных данных параллельно проводили термическую обработку образцов из стали 30Х13 по известному способу.

Сравнительные результаты испытаний образцов из стали 30Х13 после термической обработки представлены в таблице.

Предлагаемый способ позволяет достигнуть повышения релаксационной стойкости изделий из пружинных сталей мартенситного класса до параметров, соответствующих эксплуатационным требованиям за счет снижения остаточного аустенита.

Таблица
Температура закалки, °С	Температура отпуска, °С	Ударная вязкость (ан), кГм/см2	Условный предел текучести (σ0,2), кГ/мм2	Предел прочности (σв), кГ/мм	Твердость (HRC)	Релаксационная стойкость при напряжении 30,8 кг/мм2 и при упругой деформации (δ-12,5%), (час)	Содержание остаточного аустенита, (γ), %
По прототипу
950	400	4,2	132	150	50 и выше	3000	5,0
По предлагаемому способу
940	390	5,3	130	142	48	3500	3,0
920	370	5,5	126	145	46	4000	2,0
890	340	3,3	115	125	43	2200	2,0 (феррит=5,0)

Способ термической обработки изделий из пружинных сталей мартенситного класса, включающий закалку и последующий отпуск, отличающийся тем, что закалку проводят при температуре 900-940°С и отпуск при температуре 350-390°С, выдерживают в течение одного часа и охлаждают на воздухе.