Способ термической обработки конструкционных сталей

Способ термической обработки конструкционных сталей

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

ОПИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕН ИЯ, К АВТОРСИОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (ti) 662600 . 3

Ц

4б Ц1Цу. "

Союз Советеннх

Сацмалмстнмесних

Рвсвублин (61) Дополнительное к авт. свил-ву (22) Заявлено 12.11.75 (21) 2188888/22-02 с присоединением заявки №(23} ПриоритетОпубликовано15.05.79.Бюллетень №18

Дата опубликования описания 18.05.79

3 (53) М. Кл.

С 21 D 1/78

Государствеиимй комитет

СССР оо долам изобретеиий и открытий (53) УДК В21.785., 79(088.8-) (72) Автор изобретения

О. И. Минаев (71) Заявитель (54) . СПОСОБ ТЕРМИЧЕСКОЙ ОБРАБОТКИ

КОНСТРУКЦИОННЫХ СТАЛЕЙ

Изобретение относится к машиностроению и может быть использовано при тер« мической обработке деталей из конструкциойных сталей.

Основными способами термической обработки конструкционных сталей, приня- . тыми в промышленности, являются закалка с отпуском и,изотермическая закалка (1). Обработка указанными способами на высокую прочность приводит к уменьшению пластичности стали и возрастанию опасности хрупкого разрушения.

Улучшить соотношение между прочностными и пластическими свойствами в

/ стали можно путем применении специальных способов термической обработки, например путем скоростного нагрева под закалку (21 . Однако для нагрева деталей о со скоростью 1000 C/с требуется специальное технологическое оборудование, 26 что существенно ограничивает область применения указанного способа.

Известен также способ термической обработки, включающий нормализацию

2 при температуре, выше нрийятой для данной стали, и последующую закалку с отпуском на требуемую прочность (3).

В результате такой термообработки воз растает предел текучести стали.

Недостатком указанного способа является одностороннее улучшение предела текучести без улучшения других механических свойств стали. Недостаток известного способа состоит также в боль шой продолжительности обработки, вызванной тем, что для упрочнения стали используется закалка с отпуском. Продол жительность отпуска зависит от массы детали и составляет от одного до двух часов.

Целью изобретения является улучШение всего комплекса механических характеристик, в частности улучшение трещиностойкости стали, а также сокращение времени термической обработки.

Бель достигается тем, что в способе термической обработки, включающем нормализацию при температуре, выше прийятой для данной стали, и закалку, после нормализации проводят изотермическую закалку со скоростью нагрева под нее

30-50 С/с.

Нормализация при температуре, вьпие принятой для данной стали, приводит к полученйю более однородного по составу аустенита за счет более полного растворения карбидов и выравнивания по объему содержания легирующих элементов. Высокая температура нормализации определяет повышенную равновесную концентрацию точечных дефектов структуры. При этом сохраняется плотность дефектов кристаллического строения, возникшая в результате фазового наклепа прис - - превращейии, и формируется дислокационная структура. Выдержка при высоких температурах, одновременно с отмеченными положительными факторами, приводит к ук.рупнению аустенитного зерна.

При охлаждении на воздухе плотность дефектов"кристаллического строения и дис локационная структура высокотемпературного аустенита в значительной степени наследуются .об -фазой, а рас||ад аустени та на ферритсь -цементитную смесь наи-

-более благоприятен для последующего измельчения аустенита. При последующем нагреве до обычных температур аустенио зации (A + 30 С) происходит передача дефектОв кристаллического строения . структуре образующегося аустенита. Важ нбе"значение -на йолноту наследования аустенитом особенностей строения субструктуры оказывает скорость нагрева под закалку, Чем выше эта скорость, тем в меньшей степени происходит разрушение дислокационной структуры йри докригическнх температурах. Ускоренный нагрев под закалку замедляет процесс рекристаллизации о6 — фазы и способст вует более полному восстановлению плотности дефектов и дислокационной струк- . туры при ф - х - превращении. Образование аустенита из ферритс цементитной ,смеси как при обычных (печной нагрев), так и при ускоренных (нагрев в соляной ванне) скоростях нагрева протекает не- упорядоченным механизмом и приводит к измельчению аустенитного зерна. Таким образом, после ускоренного нагрева в стали имеется мелкокристаллическое зерно аустеннта с йовышенной плотностью дефектов кристаллического строения и сформированной дислокационной структурой, однородное в смесле распределения .д&гнрующих элементов.

Изотермическая закалка с выдержкой при температуре промежуточного превращения сообщает стали принятый в машиностроении уровень прочности 6 @ 140$170 кг/мм и фиксирует указанные особенности тонкого строения структуры.

При этом сохраняется ряд специфических особенностей, присущих изотермической закалке в области промежуточного превращения,- отличный от обычной закалки фазовый состав карбидов, присутствие оста- точного аустенита. Нормализация от температур выше принятых повышает стабильность аустенита, в результате чего его количество в продуктах превращения увеличивается на 25-30% по,сравнению с обычной изотермической закалкой. Поскольку такой аустенит имеет повышенную

?6 плотность дефектов и развитую дислокационную структуру, его присутствие положительно влияет на. механические свойства стали. Превращение в промежуточной области не требует последующего

И отпуска, что сокращает число процессов, протекающих диффузионным путем, а также уменьшающих плотность i дефектов кристаллического строения и разрушающих дислокационную структуру.

Температура промежуточного превра щения не превосходит температуры рекристаллнзацйи х - фазы и, следовательно, позволяет сохранить все особенности

I тонкого строения структуры. При исполь зовании закалки с Отпуском для упрочнения стали температура отпуска, как правило, превышает температуру начала рекристаллизации и приводит к уничтожению дислокационной структуры и в большой степени потере плотности дефектов кристаллического строения. *

Таким образом, изотермическая закалка стали с выдержкой при температуре промежуточного превращения позволяет в высокой степени сохранить основные особенности тонкого структурного строения, полученные при нормализации от температур, выше принятых для данной стали, и в ре зультате улучшить механические свойства стали, в частности трещиностойкость.

Применение изотермической закалки . для упрочнения стали позволяет существенно сократить время обработки. Выдержка закаливаемых деталей при температург промежуточного превращения в соответствии с диаграммой изотермического распада устенита для койкретной стали

25 - 30 мин. Продолжигельность отпусНормализация от

1100 С, выдержо ка 10 мин, охлаждение íà воздухе

Нагрев под изотеопмичес- кую закалку 87О С, 5 мин

Нормализация от

1100 С, 10 мин, охлаждение на . воздухе

Изотермическая закалка 310 С, 25 мин

Закалка от 870 С, о. закалка 5 мин, охлаждение в масло

Нагрев под изотермическую закалку

870 С, 5 мин

/ о

Отпуск 420 С, 45 мин, охлаждедение в ма

Иэотермическая о закалка 310 С, 25 мин ляной ванне состава 50% КаСР +50КС1.

Иэотер)мическую выдержк)у проводят в ще-.

4О лочной ванне составайаОН+ 10% КОН, раскуренной ферросилицием. Скорость нагрева в соляной ванне Ф 30 С/с.

Механические свойства стали после термообработки по укаэанным режимам

4> приведены в табл. 2.

Таблица 2

Высокотемпературную нормализацию ,проводят в ванне состава 30СР . Нагрев .под закалку в известном способе осуществляют в печи Н15 с воздушной атмосфе-. о рой; скорость нагрева Ф10 С/с. Отпуск проводят в шахтной печи ПН-32 с при нудительной циркуляцией. Нагрев под изотермическую закалку осуществляют в соОбычная изотермичесхая закалка

171

142 9 5 7,0

0,7

Известный способ 173

) 85 4,9

1,2

146 10,5 8,9

Предлагаемый способ 1 77

) 2,4

5 662600 6 ка не менее 40 - 60 мин, а при доста- ченных при высокотемпературной норматочно большой массе и, больше. Следова- лизации и влияющих на улучшение мехательно, при равных затратах времени HB нических свойств. Существенным оказывысокотемпературную нормализацию и вается также сокращение времени обранагрев под закалку иэотермическая об- У ботки при использовании изотермической работка позволяет экономить не менее закалки для упрочнения стали.

10-20 мин на каждой партии обрабаты- Пример. Проводяттермическуюобраваемых деталей, что составляет 20- ботку листовой стали 60С2А (С 0,58%;

30% от общего времени обработки., 9j 1,74%;Вп 0,90%; Ср» 0,25%;

Принципиальное отличие предлагаемо- 1О Р 0,023; 5 0,0005%) ташциной 2,4 мм го способа заключается в том, что уско- по известному (3 и предлагаемому ренный нагрев под закалку и изотерми- способам. Для сравнения осуществляют ческая закалка при температуре проме- обычную изотермическую закалку без вы жуточного превращения приводят .к сох- . сокотемпературной нормализации. ранению в более высокой степени особен- I Режимы термической обработки приве ностей тонкого строения структуры, полу :цены в табл. 1.

1 ,Таблица.1

662600

Составитель О. Минаев

Техред С. Мигай Корректор H. Стец I

Редактор Н. Корченко

Заказ 2649/32 Тираж 652 Подписное

ЦНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5 филиал ППП "Патент, r. Ужгород, ул. Проектная, 4

Стандартные механические свойства при растяжении определяют на плоских

5-кратных образцах с черной поверхностью. Ударную вязкость определяют на образцах с толщиной, равной толщине материала; остальные требования по ГОСТ

9454-60, Надрез выполняют после термообработки. Работу распространения трещины определяют по методике, изложенной в книге Методы испытания, контроля и ис ° следования машиностроительных материа лов, М., Машиностроение, 1974, с.97.

Использование предлагаемого способа термической обработки конструкционных сталей обеспечивает по сравнению с из вес гными следующие преимущества: улучшение механических свойств стали, в частности трещиностойкости; унеличение долговечности работы деталей; сокращение времени обработки за счет исключения отпуска.

Формула изобретения

Способ термической обработки конструкционных сталей, включающий нормализа3 цию при температур, выше принятой для данной стали, и закалку, о т л и ч а юm и и с я тем, что, с целью повышейияг механических свойств и сокращения вре мени, после нормализации проводят изо © термическую закалку со скоростью нагрео ва под нее 3 WO С/с.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

О 1. Вязников Н. Ф. Термическая обра/ ботка стали. М., Металлургиэдат, 1961, с. 137-138.

2. Патент Великобритании ¹ 974936, кл. С 7 А, 1964.

20 . 3. Журнал «Металловедение и термическая обработка металлов". 1972,.№ 12, с. 14.