Способ изготовления изделий из железо-углеродистых сплавов

Способ изготовления изделий из железо-углеродистых сплавов

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

Союз Советских

<>i) 852946

Социалистических

Республик (51) Ц. Кл.

С 21D 8/00

В 21 D 21/35

Государственный. комитет

СССР ло делам изобретеиий и открытий (53) УДК 621.785.79 (088.8) 1 ».е .; чр-,.

О. М. Смирнов, П. И. Попу»но, И. H. По1апов, У."Ж::O»p»i анке, Ю. И. Мищенков, М. A. Цепин, Ц.%»» С(ц1оматин„

Н. H. Карпилянский, А. С. Анищен о!и. Л В. Соболев,". :

1

Московский ордена Трудового Крас ого Знамени-институт стали и сплавов (72) Авторы изобретения (71) Заявитель (54) СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ИЗДЕЛИЙ ИЗ ЖЕЛЕЗОУГЛЕРОДИСТЪ|Х СПЛАВОВ

Изобретение относится к области металлургии и машиностроения, в частности к обработке металлов давлением и может быть использовано для получения изделий из высокоуглеродистых сталей и чугунов, напри- З мер инструмента для холодной высадки.

Известен способ изготовления изделий из легированных сталей, например нержавеющей хромоникелевой, включающий нагрев, горячую деформацию с отжигами для по- )O лучения промежуточного полуфабриката, холодную прокатку полуфабриката, скоростной нагрев, закалку в воде и вытяжку в состоянии сверхпластичности (1).

Существенным недостатком этого способа !5 является то, что для получения изделий с определенными механическими свойствами используется сталь с большими добавками дорогостоящих легирующих элементов. Стоимость изделий увеличивается также за счет операции очистки металла от вредных примесей на стадии плавления и операции легирования. Кроме того, обработка давлением легированных металлов продолжительна во времени. 25

Наиболее близким по технической сущности к изобретению является способ изготовления изделий из инструментальных сталей, включающий нагрев заготовки, горячую прокатку за несколько проходов с зо промежуточными подогревами, закалку и отпуск, деформирование в состоянии сверхпластичности н последующую окончательную термообработк (закалку и отпуск) (2).

Существенными недостатками такого способа являются недостаточно высокие механические свойства получаемых изделий, большая длительность общего цикла производства за счет большой продолжительности цикла прокатки и промежуточной термообработки (закалка и отпуск), что приводит к удорожанию изделий.

Кроме того, такой способ не позволяет получать изделия с высокой эксплуатационной стойкостью из нелегированных железо-. углеродистых сплавов с содержанием углерода более 1,4Оу, так как в период обработки наблюдается нарушение сплош ности материала.

Целью изобретения является упрощение технологии изготовления и повышение эксплуатационной стойкости за счет возможности использования высокоуглеродистых сплавов.

Цель достигается тем, что в способе изготовления изделий из железоуглеродистых сплавов, включающем нагрев, горячую деформацию, промежуточную термическую обработку, теплую деформацию, закалку и низкий отпуск, горячую деформацию производят

852946 при 980 — 1100 С за один проход со степенью деформации 60 — 90ОО и скоростью деформации 10 — 10 с, в качестве промежуточной термообработки используют изотермический отжиг при температуре 620 — 700 С до завершения распада аустенита, а теплую деформацию осуществляют при температуре

620 — 810 С со скоростью деформации 0 — —

10 с

Горячую деформацию предпочтительно осуществлять методом поперечно винтовой прокатки, теплую деформацию — штамповкой в условиях сверхпластичности сплава.

Заготовку. из литого железоуглеродистого сплава с содержанием углерода 0,8 4,3Я подвергают горячей деформации при температуре 980 в 1100 С за один проход со степенью деформации 60 — 90О, и скоростью деформации 0 10 с - для максимального измельчения литой аустенитной структуры сплава и создания многочисленных дефектов кристаллической решетки материала.

Нижняя граница температурного интервала деформирования определяется последующим изотермическим отяигом и обусловливается сохранением высокого уровня пластич«ости и мощностью применяемого оборудования.

Степень деформации ниже 60Я не обеспечивает требуемого измельчения аустенитного зерна, а степень дефформации вл«ше

90О ведет к нарушению сплош«ости материала.

Скорость деформации менее 10 с приводит к нежелательному росту аустенитного зерна за счет наличия процессов рекристаллизации, а скорость деформации более

10- с приводит к нарушению сплошности материала.

Предпочтительно проводить горячую деформацию методом поперечно-винтовой прокатки, позволяющей при указанных скоростях и температурах деформации прокатывать заготовку со степенью более 60О, за один проход.

Сразу после горячей деформации осуьцествляется изотермическая выдержка при

620 700 С для получения мелкозернистой ферритной матрицы с равномерно распре деленными по всему объему материала глобулярными частицами цементита.

При переносе материала от температур горячей деформации в температуру ниже

620 С возможно образование промежуточных и Màðòå«ñèò«oé структур, что весьма нежелательно. Изотермическая выдержка выше температуры 700 С экономически нецелесообразна ввиду увеличения продолжительности процесса. Бремя изотермической выдержки определяется временем распада аустенита. ) !

i5

З0

5.

После проведения изотермической выдержки сплав подвергают теплой деформации при температурах 620 — 810 С со скоростью деформации 10 — 10- с — . При данном температурно-скоростном режиме деформации имеет место существенное повышение пластичности и снижение деформируюших усилий, что ведет к снижению трудоемкости операций. Кроме того, имеет место наиболее равномерная проработка структуры, что ведет к улучшению механических свойств и служебных характеристик изделия.

Предпочтительно теплую деформацию производить в условиях сверхпластичности, обеспечивающей наименьшие усилия деформирования и наилучшую проработку структуры. Верхний предел температурного интервала теплой деформации определяется проявлением эффекта сверхпластичности при термоциклировании вокруг температуры фазовых превращений.

При этом деформирование в режиме изотермической сверхпластичности упрогцает проведение теплого деформирования, а деформирование в условиях сверхпластичности при фазовых превращениях повышает производительность операции за счет более высоких относительных скоростей леформирования.

Вслед за теплой деформацией изделие подвергают окончательной термообработке закалке с последующим отпуском для получения необходимого комплекса механических свойств. Для получения в готовом изделии достаточной пластичности в сочетании с высокой твердостью и прочностью проводят закалку на мартенсит с последующим низкотемпературным отпуском. При этом по сравнению с прототипом при тех же значениях пластических характеристик достигаются более высокие значения прочности и твердости, поскольку предлагаемый способ позволяет изготавливать изделия из сплавов с большим содержанием углерода.

Кроме того, способ расширяет сортамент изделий за счет использова«ия дешевых железоуглеродистых сплавов с высоким содержа«ием углеро1а, которыми можно заменять изделия из дорогостоящих легированных сталей без снижения качества продукции.

Пример. Получаемое изделие — пуансон для прошивки. Материал пуансона сталь, содержащая компонентьц вес.о4:

С вЂ” — 2, Мп — 0,98, P — 0,015, S 0,015, Fe — остальное.

Литой слиток диаметром 100 мм и длиной

300 мм прокатывали при температуре 1070 С со скоростью деформации 9Х 10- с - на ста«е поперечно-винтовой прокатки за один проход со степенью деформации 60О.

852946

Полученную заготовку помещали в печь с температурой 620 С и выдерживали при этой температуре 3 мин. После изотермической выдержки полуфабрикат разрезали на заготовки необходимых размеров и при тем- 5 пературе 620 С со скоростью деформации

2 Х 10- — 2,5 Х 10 — с- выдавливали пуансоны требуемой формы для прошивки.

Полученные пуансоны нагревали до температуры 740 С и закаливали на мартенсит- !О ную структуру, после чего подвергали низкому отпуску.

Для сравнения свойств полученных пуансонов со свойствами пуансонов из применяемой для их изготовления стали Х12 М, 15 изготовляемых путем механической обработки с последуюшей закалкой и отпуском по принятым для нее режимам были проведены испытания механических свойств, результаты которых приведены в таблице. 20

Результаты показывают, что твердость и прочность пуансонов, изготовленных предла- ЗО гаемым способом выше, а используемая сталь дешевле стали Х12 М.

Предлагаемый способ позволяет сократить обшую продолжительность процесса в 2,7 раза по сравнению с прототипом, удешевить ЗЗ стоимость материала, расширить сортамент продукции, в ряде случаев отказаться от использования сталей с дорогостоящими легируюшими элементами.

Форм ула изобретения

1. Способ изготовления изделий из железоуглеродистых сплавов. преимущественно содержащих 0,8 — 4,3% углерода, включающий нагрев, горячую деформацию, промежуточную термическую обработку, теплую деформацию, закалку и отпуск, о т л и ч а юш и и с я тем, что, с целью упрощения технологии и повышения эксплуатационной стойкости за счет возможности использования высокоуглеродистых сплавов, горячую деформацию производят при 980 — 1100 С за один проход со степенью 60 — 90% и скоростью деформации 10- — 10 с —, после чего производят изотермическую выдержку заготовки при 620 — 700 С до завершения распада аустенита, а теплую деформацию производят при 620 — 810 С со скоростью 10 — —

10 с- .

2. Способ по и. 1, отличающийся тем, что горячую деформацию производят поперечно-винтовой прокаткой.

3. Способ по п. 1, отличающийся тем, что теплую деформацию производят штам повкой.

4. Способ по п. 1, отличаюшийся тем, что теплую деформацию производят в условиях сверхпластичности сплава.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Сверхмелкое зерно в металлах, М., «Металлургия», !973, с. 300 — 326.

2. Базык Л. С., Тихонов Л. С. Применение эффекта сверхпластичности в современной металлообработке. М., НИИМЛШ, 1977, с. 48.