Способ термической обработки заготовок
Патент 863674
Авторы
Классы МПК
Способ термической обработки заготовок
Иллюстрации
Реферат
ОПИСАНИЕ
ИЗОБРЕТЕНИЯ
К АВТОРСКОМУ СВИ ЕТЕЛЬСТВУ
Союз Соаетскик
Социалистических
Республик
<о863674 (61) Дополнительное к авт. сеид-ву (22) Заявлено 080879 (21) 2810641/22-02 с присоединением заявки Но (23) Приоритет (51)м. Кл,3
С 21 0 1/78
Государственный комитет
СССР ио делам изобретений н открытий
Опубликовано 150981 Ьнзллетеиь 89 34 (5З) УДК 621. 7.85 ° .01(088.8) Дата опубликования описания 1509.81 (72) Авторы изобретения
Л.К.Нагорный, Л.Г.Марьюшкин и Е.В.Прозоров
1 1
/"
Краматорский научно-исследовательский и пфоектв(о-, технологический институт машиностроавтнь=..., .-= -- 4 ю: . (71) Заявитель (54) СПОСОБ ТЕРМИЧЕСКОИ ОБРАБОТКИ ЗАГОТОВОК
Изобретение относится к термической обработке металлов и сплавов и может быть использовано преимущественно для термической обработки деталей из конструкционных марок сталей.
Известен способ термической обработки конструкционных углеродистых сталей для.повышения их ударной вязкости, по которому сталь многократно (4-6 раз) нагревают до температур в межкритической области (А „- ñ различными скоростями от 50 до 150ОС/мин подстуживают до температур на 3060 С ниже Аг„. Способ обеспечивает получение высоких-значений ударной вязкости 1) .
Однако этот способ характеризуется невозможностью охлаждения стали на мартенсит.
Известен способ термической.обработки, согласно которому-для повышения ударной вязкости углеродистую сталь многократно (5-10 раэ) нагревают выше Ас на. 30-50 С со скоростью о
70-150 С/мин с последующим многократным (3-10-15 раз воздействием на металл изменением температуры при нагревах и охлаждениях. Нагрев ведут со скоростью 50-150 С/мин, а затем о охлаждают на воздухе до температуры на 30-50 С ниже A, например до 590о
r1
610 С. Дальнейшее охлаждение до комнатной температуры проводят в воде или масле. В результате применения этого способа существенно возрастает пластичность и вязкость сталей 123 .
Технология термоциклической обработки по данному способу недостаточно полно обеспечивает прогрев заготовок иэ-за отсутствия выдержек, что сказывается на стабильности свойств по сечению и способствует усилению аниэотропии. Поэтому известный спо15 соб обеспечивает требуемый уровень механических свойств только на малых размерах сечений заготовок. Кроме того, этот способ иэ-эа отсутствия выдержек ие обеспечивает однород20 ности аустенита в тех объемах, которые претерпели d, -Х превращение.
Известен также способ термической обработки заготовок, преимущественно из конструкционных сталей, включающий закалку, термоциклирование в интервале температур между А0„- Ас и Аг„-600 С изотермическими выдерж нами при верхней и нижней температурах и последующее ускоренное охлаж30)дение (31.
863674
Недостатком этого способа является то, что постоянная температура нагрева,, например 740 С, при многократных циклах в интервале Ас -А, не с сэ создает теплового импульса для ускоренного прогрева удаленных от поверхности зон заготовки. Поэтому превра5 щение феррито-цементитной смеси (или мартенсита) в.аустенит не отличается ускоренно нарастающим характером от поверхности к центру изделия и нагрев практически в каждом цикле протекает с одинаковой скоростью. Одина;ковые продолжительности выдержки (например при 740 С вЂ” 60 мин) способствуют получению разной величины зерен аустенита и в конечном счете разнозернистости продуктов его распада при последующем охлаждении. Подстуживание в интервале температур Aq— о 1
600 С с изотермической выдержкой напо
Р ример 640 С,. также не обеспечивает До нарастающего характера превращения аустенита в продукты его распада, так как охлаждение в этом случае протекает после каждого цикла практически с одинаковой скоростью. Наряду с 25 обеспечением по известному способу высоких значений ударной вязкости, после увеличения числа циклов за счет образования мелкодисперсной смеси феррита и цементита, значения предела те-30 кучести остаются неизменными.
Цель изобретения — улучшение механических свойств, в частности предела текучести.
Поставленная цель достигается тем, что согласно способу термической обработки заготовок, преимущественно из конструкционных сталей, включающему закалку, термоциклирование в интервале температур между Ас -ACTH о
А г — 600 С с изотермическими выдерж- 4О ками при верхней и нижней температурах и последующее ускоренное охлаждение, последнее в каждом последующем цикле ведут с нарастающей вдвое скоростью, при этом продолжительность 4 изотермической выдержки каждого последующего цикла при нагреве в 2 раза уменьшают, а при охлаждении в 2 раза увеличивают по сравнению с предыдущим. 56
Термоциклирование проводят не менее трех раз,при этом в первом цикле охлаждение ведут со скоростью 1015ОС/мин, во втором — 20-30 Сумин, а третьем — 40-60 С/мин.
S5
Примеросуществлен и я с п о с о б .а. Проведено по 5 режимов термической обработки заготовок диаметром 30 мм, изготовленных иэ углеродистой стали
45 (A 0„- 730 С, A<„- 690 С, Асз46
785 : ) и ниэколегированной стали
40Х (Ас„- 743 С, A -„— 693 С, Ас —
815 С). Каждый из пяти режимов отличается друг от друга количеством циклов, подбираемых для установления on- 65 тимального варианта. Число циклов в каждом режиме указано в табл.2.
После полной закалки заготовок от температуры Ас +30-50 С режимы терЪ мической обработки с термоциклированием проводят следующим образом.
Нагрев осуществляют в нескольких электропечах сопротивления типа
ИП2У. Каждая печь разогрета до заданных температур одного из циклов и посадка заготовок в печи осуществляется на эти заданные температуры.
Это обеспечивает ускорение нагрева заготовок и удобство проведения термической обработки, так как печи установлены в динию в порядке возрастающих температур нагрева в каждом очередном цикле режима. Скорости охлаждения подбирают путем подбора интенсивности обдува воздухом, его увлажнением и т.д. Средства охлаждения расположены рядом.
На чертеже приведен режим термообработки.
В табл.1 приведены режимы термической обработки и уровень механических свойств, предлагаемых и известного способов.
Для сопоставления анализа проводится термическая обработка по предлагаемому и известному способам.
Результаты сравнительных исследований приведены в табл.1.
Температуры нагрева, охлаждения и продолжительность выдержек фиксируют с помошью хромель-алюмелевых термопар, зачеканенных в заготовкисвидетели, и электронного потенциометра типа ПСР3 -53 (т).
По предлагаемому способу приведенная термическая обработка заготовок с одним и двумя циклами (режим 1 и
2) не обеспечивает благоприятного сочетания прочностных и вязких свойств.
Первые по своим значениям близки к известному.
Лучшее сочетание свойств обеспечивает режим термической обработки с тремя циклами (табл.1, режим 3 и фиг.1), который является оптимальным для сталей 45 и 40Х. Согласно ему заготовки нагревают до температуры А „+
+10 С, выдерживают при этой темперао туре з 60 мин, затем их охлаждают со скоростью 12 С/мин до темпера тур ниже А1-„, т.е. до температур завершения распада аустенита с выдержкой при этой температуре S 10 мин.
Затем во втором цикле снова нагревают, но до температуры Ас„ +20 С, выдерживают при этой температуре 5
30 мин, после чего охлаждают со ско ростью 25ОС/мин ниже А„,с.изотермической выдержкой в два раза большей (25 20 мин), чем в предыдущем цикле, где S - выдержка в первом цикле при нагреве; S — при охлаждении. В третьем цикле вновь нагревают до температуры уже на 40 С выше Ас„, 863674 выдерживают при этой температуре S
15 мин и дальше охлаждают со скоростью 50 С/мин.
Для установления оптимальной скорости охлаждения в серии циклов каждого режима варьируют скоростями охлаждения и длительностью выдержек.
Скорости охлаждения, обеспечивающие более высокие значения предела те кучести и наилучшее сочетание других характеристик для стали 45 приведены в табл.2 (данные только для оптимального режима с тремя циклами,см. фиг.1).
Данные табл.1 и 2 показывают, что скорости охлаждения в первом цикле
10-15, во втором 20-30, в. третьем
40-60ОС/мин в сочетании с укаэайными выдержками в режиме Р 3 (см. табл.1) обеспечивают наиболее высокие значения предела текучести и других характеристик. Применение меньших 20 скоростей охлаждения приводит к изменению (снижению, см. табл.2) предела текучести до 7Ъ и.ударной вязкости до 12% в сравнении с оптимальным вариантом. При увеличении скорости ох- 25 лаждения против оптимальной изменений в уровне характеристик практически не отмечено. Что же касается выдержек, то их изменение в сравнении с оптимальными (режим 3, табл.1), т.е. изменение их кратности 4:1, 3:1, 1:1 при нагреве и 1:1, 1:3, 1:4 при охлаждении привело к снижению всех характеристик на 6-8Ъ.
После проведения режимов термической обработки по предлагаемому и . известному способам иэ заготовок изготовлены разрывные и ударные образцы для механических испытаний.
Из данных табл.1 видно, что с уве- ф) личением количества циклов до трех оптимальный режим) предел текучести возрастает по сравнению с известным до своего максимального значения и составляет, например для стали 45, 4 около 48 кгс/мм при одновременном достаточно высоком уровне всех остальных характеристик. Дальнейшее увеличение числа циклов (табл.1, режим
4 и 5) не приводит практически к изменению предела текучести и других характеристик. По предлагаемому способу рост предеЛа текучести составляет 10-12% при полосе разброса уровня свойств, не превышающей 2-3%.
Из табл.1 также видно,что с возрастанием количества циклов (до, трехчетырех) комплекс механических свойств сталей 45 и 40Х постепенно повышается, кроме предела прочности(Дэ), который практически остается неизменным.
Повышение предела текучести в сочетании с высокими значениями пластических (" и +) и вязких характеристик (цн) обеспечивает повышение конструктивной прочности деталей машин, работающих в условиях знакопеременных и динамических нагрузок. Благоприятное сочетание указанных характеристик, полученных по предлагаемому способу, позволяет применять эти режимы для деталей машин турбостроения и работающих в условиях отрицательных температур Крайнего Севера (например экс(каваторы, буровые установки, шахтное оборудование и др.)..
Таким образом, экспериментальным путем установлено, что оптимальные значения интервала нарастающих скоростей охлаждения каждого последующего цикла перед предыдущим кратно двум, а выдержек с соотношением при нагреве 2:1 и при охлаждении 1:2.
По предлагаемому способу оптимальным числом циклов в режиме является режим термической. обработки с тремя циклами (режим 3, табл.1).Такой режим обеспечивает наилучшее. сочетание прочностных, пластических и вязких характеристик механических свойств.
Использование предлагаемого способа в сравнении с известным дает следующие преимущества: при обеспечении высокого уровня характеристик механических свойств сталей типа 45 и 40Х предел текучести их повышается на 10-12%; получение практически одинаковых механических свойств при повышенном уровне предела текучести обеспечивается за меньшее количество циклов; .за счет кратности параметров тех-. нологического процесса облегчается. управление режимами термической обработки, создаются условия для организации поточного производства; предлагаемый способ применим для самой широкой номенклатуры деталей, изготовляемых из конструкционных сталей, и может быть осуществлен на любом машиностроительном или ином заводе.
863674
1 э
1 с
Оъ а!
cl
С Ъ
СЧ Ч с м
СЧ
СЧ с м
СЧ
С-! с н
Ю с"! м с
СО м с!
С Ъ с
ЧЭ Ф с
Ю
C) с
Г
СЧ о с с
СО т"! -! СЧ
CO с
1О
СО СЧ с с т-! т-1
1О ЧР с
1О
СЧ СО с с о о с! . сУ
Ю с
Сс с! о !
Аида
I а о о т-! СЧ а О о о о т1 СЧ ct 00 а о сч а сч а с< сч
LA СЧ (Ч гЧ о о сч а
LA О с-! СЧ
%Ч о о о а о о г-! СЧ
1 а с м o
О Î О В О М
О О а О О LO С » О О а 1 О М т-! 1О М а-! Ю С Ъ г-!
О О О О
Г сО сР а
1 о о о
CO CO
Г- 1 Г
О О . О О О О а а с . а
С" 1-. С » ! 1!
D l eaedaaII 1, ЪйАхэбэш !ЭЬ I
I о о
"Ф сф !. м
1
1
1
1 иижэд.!!
И!СЕХО I эибэ ф 1
1 а н и
О о
v о
1 ! I
1 1 с
1 . I !!! Х
1 1Х! Х
ИХхх
I аОО!Х
I Э Ц Е ! АСАФ
1 Ш g Ц
I!I о!
4l х
Х! I Х
gl A К м Я
Nl I Н Ф Х о oцхо х о х ео ! оо,оц
3I
1:4! Сб
Н1 Х
I М Ф о,х -z
Й! Ol ЙK
1
1 кр ! - ОООБО АХОХЭЭй 1
1-аи?! Эби oII aoII ! - НИ?1 О Я Х О Э И?ГО Я, а а о а о
%-1 % с"Ч СЧ С Ъ cl A (Ч
863674
° 1
Д 1
1
1 CO с
4I3 хо Icf
33 IC!O
Ch 333
Ь \ о а
\ 3 3\» ю I а о а
П3
Ъ ь а о о о с Ь Ь о
30 ч а
О0 ъ
О3
«Ф
° -»
Ъ о
<Ч о о ъ Ъ
»Ч
СЧ «-3 Ч
С»
Г 3.
Ф«3
«-1
<Ч "
РЪ
СЯ
° Ф
3Ч (Ч
tA г» с с
Ch 00
lO \О
»«Ъ г-»
Ю
С0
lO а
3
lO O!CI
3«1 «3
«Ф О\ «"»
Ю « .ъ о а e Ю «Ф «Ф х
I Х их оех
О О О О О Î Î Î 1 О О О О
«-» «. »Ч т» СЧ «-3 СЧ «У «-» 3Ч «Ф CO
-х йехие
o ) xN
:О МО"
О О О О О г» N «3 ф lO
%»
I I
1 3
I а 1 е
1« I Х
1
3«
»33 х е
Х 333 Х о О о О а
СО «3 (Ч
DQ ЭазбЛЕН»
» эбАхас»э33иэд4
l 1
li) lA а lA а а Ю а lo co lA 333 с0 и
3 а а а о о а а со в о 1
3 3 1 00 1
1 - !
333 I о
«-» N Yl р«И а М
1 fig
1 I
3 -ООО33О ЯИОИЭЭЛ»
1 ! -3.Irt3. edU 033 ао3»3 !
3-3»и3 оахоэьи»»о »
3»3
О»» <»
Ц .Х х
СЧ Г Н СЧ 3 Ю
Ф
ИнжЭД3
33333 S.O 3 33<3- g ю
0 о
И о.}
Е I
I
Ц о а д 1
I
1
1.
1.
1
I
1 3»3
1
1 Х
I 21
1 М
1 а
1 333
1
I
I I
1 0
I Х
1О
».3 о о о о о о о о о
«-» «-3 (Ч Н »Ч «У «Ч (Ч «Ф 00
О О О О О О О О О О
60 ф ct . ф «3 N CO «3е СЧ «» ю0 «-» н м
И » Х
g»3I O
Н «3 и
I3
Я х !
Р3
CO
\О
1
1
ch 1 с
0 1 ч I и
Ц I
М I !
1 о
Ф
ll3
М !
863674
Таблица 2
Скорости охлаждения, С/мин, в циклах
Снижения Т1 к гс/мм ан, к гсм/см 1 первом втором третьем
8-12
2-5
5-10
10-20
20-30
30-40.
40-50
10-20
20-40
40-60
60-80
80-100
6.-7
5-10
10-15
15"20
20-25
4-5
Оптимальный режим
Снижения не отмечено
То же
Формула изобретения
БНИИПИ Заказ 7705/40 Тираж 621 Подписное филиал ППП "Патент", г. Ужгород, ул. Проектная, 4
1. Способ термической обработки заготовок, преимущественно из конструкционных сталей, включающий закалку; термоциклирование в интервале температур между А „- Q и А„„—
600 С с изотермическимй выдержками при верхней и нижней температурах и последующее ускоренное охлаждение, отличающийся тем, что, с целью повышения предела текучести, охлаждение в каждом последующем цикле ведут с нарастающей вдвое скоростью, при этом продолжительность изотермической выдержки каждого последующего цикла при нагреве.в 2 раза уменьшают, а.при охлаждений в 2 раза увеличивают по сравнению с предыдущим.
2. Способ по п.1, о т л и ч а юшийся тем, что термоциклирование проводят 3 раза, при этом в первом цикле охлаждение ведут со скоростью
10 — 15 С/Йнн, во втором 20-30 С/мин, в третьем 40-60 С/мин.
Источники информации, принятые во внимание при экспертизе
1..Авторское свидетельство СССР
М 459518, кл. С 21 0 1/00, 1971, 30 2 Авторское свидетельство СССР
М 4 0424, кл. С 21 0 1/00, 1970.
3. .Авторское свидетельство СССР
М 583185, кл. С 21 0 1/78, 1977.