Способ термической обработки углеродистых аустенитных сталей

Способ термической обработки углеродистых аустенитных сталей

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

ОПИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

Союз Советских

Социалистических

Реслублик

<1ц863678

К АВТОРСКОМУ СВИ ЕТЕЛЬСТВУ (61) Дополнительное к авт. саид-ву (22) Заявлено 3105.78 (21) 2622833/22-02 с присоединением заявкм М (23) Приоритет 51)М. Кл.з

С 21 0 1/78

С 21 0 6/00

Государственный комитет

СССР. но делам изобретений и открытий

Опубликовано 150981. Бюллетень М 34 (53) УДК 621 ° 785 ° 79 (088.8) Дата опубликования описания 150981

Б.И. Авилов, Б.М. Фиштейн, В.А. Ярмощук, q A.A. Рндный,, И. Я. Гришин, В ..ф. Чигринов, 3.A.Салт кав а . и 3.С.Арбакова

° ° ° °

Ростовский-на-Дону научно-исследовательский институт технологии машиностроения (72) Авторы изобретения (71) Заявитель (54) СПОСОБ ТЕРМИЧЕСКОЙ ОБРАБОТКИ УГЛЕРОДИСТЫХ

АУСТЕНИТНЫХ СТАЛЕЙ

Изобретение относится к металлургии черных металлов, в частности к способам термической обработки металлов, и может быть использовано для термической обработки заэвтектоидных сталей, преимущественно метастабильных углеродистых аустенитных сталей, например среднемарганцовистых сталей, содержащих 0,8-1,4Ъ углерода, 5-9% марганца и другие компоненты.

Метастабильные углеродистые аустенитные стали значительно превосходят по износостойкости стабильные стали и являются более экономичными иэ-эа пониженного содержания в них стабилизирующих аустенит легирующих компонентов. Так, метастабильные марганцовистые углеродистые стали с 5-9% марганца имеют износостойкость в условиях ударно-абразивного изнашивания в 1Ä 5-2,0 раза выше, чем стабильные высокомарганцовистые стали, содержащие более 10Ъ марганца (например ст. 110 Г 1 ЗЛ) . Однако недостаточная пластичность и вязкость метастабильных сталей ограничивает применение их в †.ро.ышленности.

Существующие способы закалки 1) позволяют получить необходимую вяз кость и пластичность только для стабильных сталей путем формирования аустенитной или аустенитно-карбидной структуры с устойчивым аустенитом. Наличие устойчивого аустенита обеспечивает необходимую вязкость и пластичность, но снижает износостойкость стали. формирование же в качестве основы строения стали ,неустойчивого аустеннта известными способами термообработки хотя и приводит к повышению износостойкости, но снижает вязкость и пластичность.

Поэтому эти способы термообработки не обеспечивают необходимую вязкость !

5 и пластичность метастабильных сталей, имеющих в качестве основы строения неустойчивый аустенит.

Таким образом, известные способы термообработки не позволяют получить

20 стали с необходимым сочетанием пластичности, вязкоСти и иэносостойкости в условиях ударно-абразивного изнашивания. Между тем наличие способа термообработки, обеспечивающего

25 повышение пластичности и вязкости метастабильных углеродистых сталей со структурой неустойчивого аустенита, позволяет получить необходимое сочетание пластичности, вязкос30 ти и износостойкости.

863673

Наиболее близким к предлагаемому является способ термической .обработки углеродистых аустенитных сталей, преимущественно высокомарганцовистых, включающий двойной отжиг, второй из которых проводят при температуре, превышающей на 50-80 С температуру А, и закалку на аустенитнокарбидную структуру. При этом первый отжиг проводят при температуре на 100-160 С ниже АС а после второго отжига сталь закаливают на мартенситнокарбидную структуру. Этот способ термообработки позволяет получить в углеродистых аустенитных сталях, преимущественно в высокомарганцовистых, аустенитно-карбидную структуру с метастабильной аустенитной основой. Получение метастабильной основы у высокомарганцовистых (стабильных) сталей обеспечивают за счет обеднения аустенита марганцем и углеродом, которое производят в процессе термообработки путем перевода этих элементов в карбиды. Наличие метастабильного аустенита в основе строения стали повышает износостойкость за счет того, что метастабильный аустенит обеспечивает упрочнение поверхностных слоев стали в процессе изнашивания в значительно большей степени, чем стабильный, особенно с обогащением аустенита углеродом и обеднением марганцем.

Это связано с тем, что метастабильный аустенит при деформации подвергается не только наклепу, как это происходит со стабильным аустенитом, но и, в отличие от него, превращается частично в высокотвердую и износостойкую с -фазу, называемую мартенситом деформации, и тем полнее, чем больше в нем углерода и меньше марганца.

НаЯичие метастабильного аустенита обусловливает повышение твердости поверхностных слоев стали при деформации их в процессе изнашивания и этим повышает износостойкость стали (.2 .

Однако данный способ получения метастабильного аустенита, а также наличие в строении карбидов придает ей низкую пластичность и вязкость и этим не обеспечивает необходимое сочетание пластичности, вязкости и износостойкости стали для условий ударно-абразивного изнашивания.

Цель изобретения — повышение пластичности и вязкости стали в сочетании с износостойкостью для условий ударно-абразивного изнашивания.

Эта цель достигается тем, что согласно способу, включающему изотермический отжиг, который проводят при температуре на 100-160 С ниже температуры Ag и закалку, сталь после изотермического отжига охлаждают до температуры окружающей среды со скоростью 150-200 град/ч в районе температур 350-200ОС, затем сталь нагревают под закалку до температуры

A с„1(350-450) С со скоростью 1801200 град/мин, а закалку стали проводят в период первичной рекристаллизации аустенита.

Изотермический отжиг при температуре на 100-160 С ниже A „ îáåñпечивает распад аустенита на д -фазу и карбиды. Охлаждение до температуры окружающей среды обеспечивает даль.— нейшее превращение нераспавшегося обедненного углеродом и марганцем остаточного аустенита в бейнит и мартенсит. При этом бейнитное превращение достигается за счет

15 снижения - скорости охлаждения до

150-200 град/ч в области температур промежуточного превращения 350200 С. 5олее низкая скорость охлаждения не приводит к существенному

Щ повышению количества бейнита, но значительно увеличивает продолжительность термообработки.

При температуре выше 350 С, а также в области температур мартенситного превращения ниже 200ОC скорость охлаждения не лимитируется.

Распад аустенита в процессе изотермического отжига, а также превращение нераспавшегося остаточного аустенита в бейнит и мартенсит при охлаждении стали до температуры окружающей среды позволяет осуществить пол-. ную фазовую перекристаллизацию первичных зерен аустенита путем обратного превращения этих продуктов распада, бейнита и мартенсита в аустенит при дальнейшем нагреве под закалку, т.е. по схеме аустенит — продукты распада (cL-фаза и карбиды) +

+ бейнит + мартенсит — аустенит.

40 Ускоренный нагрев стали под закалку со скоростью не менее

180 град/мин до температуры A „ +

+ (350-450)о С позволяет избежать протекания вышеуказанного обратного фазового превращения при температуре

A — A и тем самым осуществить

1 4

его в области надкритических температур стабильного состояния аустенита. Это обусловливает протекание @ первичной рекристаллизации аустенита, наличие которой позволяет разрушить структурную наследственность, т.е. ориентированную кристаллизацию аустенитных зерен по отношению к первичному зерну, и получить мелко кристаллический излом с высокой степенью измельчения первичного аусте.нитного зерна (на порядок выше исходного). Это приводит к рафинировке структуры и повышению механических

66 свойств, в том числе пластичности и вязкости сталей. Однако нагрев со скоростью более 1200 град/мин приводит к образованию микротрещин в местах концентратов напряжений из6$ делия.

86367

1,2

1,2

7,0

2,0

Остальное

Углерод

Кремний

Марганец

Хром

Железо

Способ.термообработки

Микроструктура

Показатели а

Относительная износо стойкость

Относительное удлинение,Я Ъ

Ударная вязкость

< к,кГм/см

14,5

10,6

Предлаг аемый

Мелкозернистая аустенитнокарбидная

1,00

5,0 7,1

Известный

Закалку стали проводят в период первичной рекристаллиэации аустенита, что обеспечивает получение мелкокристаллического излома и иэмельчение аустенитных зерен и этим улучшение механических свойств стали.

Выдержку стали перед закалкой при температуре A<„. + (350-450) С ограничивают продолжительностью периода первичной рекристаллиэации. Дальнейшее увеличение ее приводит к собирательной рекристаллизации аустенита, вызывающей укрупнение аустенитных зерен.

Закалка заэвтектоидных сталей по предлагаемому способу термообработки обеспечивает, в зависимости от химсостава стали и продолжительности нагрева ее под закалку, получение структур на основе аустенита или мартенсита как без карбидов, так и при наличии незначительных количеств карбидной фазы.

Пример осуществления способа. Берут, например, метастабильную аусте %

Обработанная предлагаемым способом сталь по сравнению с известным имеет более чем в два раза выше пластичность и вязкость. При этом предлагаемый способ несколько повышает износостойкость стали в условиях ударно-абразивного изнашивания, несмотря на отсутствие карбидной фазы (или незначительное содержание ее) в строении стали. Наличие карбидной фазы хотя и снижает пластичность и вязкость стали, но увеличивает износостойкость ее.. Однако образование карбидов в значительной степени обедняет аустенитную основу углеродом, что снижает износостойкость стали. Поэтому образование карбидов известным способом не приводит к значительному повышению нзносостойкости стали. Износостойкость стали определяется в основном свойствами аустенита, представляющего основу (более 90%) в строении стали.

Предлагаемый способ термообработки обеспечивает повышение износостойкости как за счет получения метастабильного аустенита, обогащенного углеродом, так и определенных нитную углеродистую сталь, содержащую, вес.%: и подвергают ее изотермическому отжигу при 570 С 5 ч при распаде аустенита на cL-фазу и карбиды. Затем

1О сталь охлаждают в печи до 200 С со скоростью 180 град/ч и в дальнейшем на воздухе до температуры окружающей среды для превращения нераспавшегося аустенита в бейнит и мартен Я снт. Затем для обеспечения обратного фазового превращения продуктов распада аустенита, бейнита и мартенсита в аустенит, сталь нагревают со скоростью 200 град/мин до 1100 С, 2О выдерживают 3 мин и закаливают в воде на аустенитную структуру.

Результаты термообработки приведены в таблице.

1, 06 Мелкозернистая аустенитная

gg Условий его формирования. Наличие такого аустенита в строении стали обеспечивает образование мартенсита в поверхностных слоях стали при деформации их в процессе изнашивания от действия динамических нагрузок что повышает твердость поверхностных слоев и этим увеличивает износостойкость стали при абразивном изнашивании.

Таким образом, предлагаемый способ термообработки обеспечивает увеличение пластичности"и вязкости в два и более раза в сочетании с износостойкостью стали для условий ударно-абразивного изнашивания, т.е. позволяет получить необходимое сочетание пластичности, вязКости и износостойкости.

60 Формула изобретения

Способ термической обработки уг-. леродистых аустенитных сталей, преимущественно метастабильных, вклюЯ !чаюший изотермический отжиг при

863673

Составитель Г.Шевченко

Техред Л. Пекарь Корректор Е.Рошко

Редактор М.Петрова

Заказ 7705/40 Тираж 621 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 температуре на 100-160 C ниже Ас, и закалку, отличающийся тем, что,,с целью повышения пластич« ности и вязкости при сохранении износостойкости в условиях ударноабразивного изнашивания, сталь после изотермического отжига охлаждают в интервале температур 350-200 С со скоростью 150-200 град/ч и нагревают под закалку со скоростью 1801200 град/мин до температуры на

350-450 С выше Ас„.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. ГОСТ 2176-67.

2. Авторское свидетельство СССР

9444819, кл. С 21 0 1/78, 1973.