Способ термической обработки высокоуглеродистых, преимущественно подшипниковых, сталей

Способ термической обработки высокоуглеродистых, преимущественно подшипниковых, сталей

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

ОП ИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТИЗЬСТВУ

Союз Советских

Социалистических

Республик

<„>881129 (61) Дополнительное к aar. свид-ву— (22) Заявлено 110979 (21) 2815847/22-02 с присоединением заявки ¹

2819954/22-02 (23) Приоритет

Р )М. Кл.

С 21 0 1/04

С 21 0 9/36

Государственный комнтет

СССР но делам нзобретеннй н открытнй

Опубликовано 15.11.81 бюллетень № 42 (53) УДК 621. 785,362:

:621.789(088.8) Дата опубликоваммя описания 15.13 81

А.В.Кулемин, С.З.Некрасова, P.È.Çíòèí, А.Г.Сучков,-

В.И.Петухов, Я.И.Спектор, Ю.В.Яценко, И.Я.Соке(л

Р

P.b. Гутнов и B.А.Мешалкин

1 1 о

Центральный ордена Трудового Красного Знамени. научноисследовательский институт черной металлургии йм. И- .П..Бардина

Украинскин научно-исследовательский институт спеонаттьных.„ сталей и .Сплавов и Московский металлургический завод "Серп и Молот" (72) Авторы изобретения (71) Заявители (54) СПОСОБ ТЕРМИЧЕСКОЙ ОБРАБОТКИ ВЫСОКОУГЛЕРОДИСТЫХ

ПРЕИМУЩЕСТВЕННО ПОДШИПНИКОВЫХ

СТАЛЕЙ

Изобретение относится к машиностроению и может быть использовано при термической обработке заготовок или готовой продукции из высокоуглеродистых, преимущественно подшипнико-. вых, сталей для получения в них структуры со сфероидизированным карбидом и требуемой твердости.

Известен способ сфероидизирующей обработки высокоуглеродистых сталей, предусматривающий получение структуры и твердости изделия, отвечающих требованиям ГОСТа 801-60. Этот способ заключается в нагреве стали до температуры на 30-40 С выше Ас, выдерж- .1з ке при этой температуре для полного прогрева и завершения аустенизации и последующем медленном охлаждении, обеспечивающем распад аустенита в области высоких температур 11 . 20

Однако данный способ характеризуется большой продолжительностью обработки (примерно 20 ч). .Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности и достигаемо- 25 му результату является способ сфероидизирующей обработки высокоуглеродистой стали, например ШХ15, эаклюо

Р чающийся в нагреве стали до 800 С, т,е. выше АС„для образования аусте- 3О нита и частичного растворения в нем цементита и сохранения отдельных более мелких остатков пластин, которые являются зародышами для образования глобоидов цементита, выдержке при этой температуре для дальнейшего дробления остатков цементнтных пластин, охлаждении до 700 С, т.е. выше А< для

С1 превращения аустенита .в перлит (ферритно-цементная смесь),выдержке при этои температуре для полного превра-щения аустенита в перлит и окончательном охлаждении для фиксации полученной структуры 21 и (33 .

Такой способ позволяет несколько сократить общую продолжительность термической обработки стали и довести ее до 14 ч, но при этом время сфероидизацин,карбидов, определяющее продолжительность обработки; остается все же значительным.(примерно 7 ч

Цель изобретения — сокращение продолжительности.обработки и получение требуемой структуры и твердости путем ускорения сфероидиэации карбидов.

Поставленная цель достигается тем, что согласно способу термической обработки высокоуглеродистых, преимущественно подшипниковых, сталей, вклю881129 чающему нагрев до температуры в пределах A<„ — А „„ выдержку, охлаждение до температуры на 20-30 С ниже А

СЕ выдержку и окончательное охлаждение, охлаждение до температуры на 2030 с ниже А с„осуществляют с одно- временным наложением ультразвуковых колебаний 8-43 мин при амплитуде деформации выше пороговых значений в интервале Э, 6 х 10 4—

3,6 х 10

Наложение ультразвуковых колебаний и выдержку осуществляют 1540 мин с амплитудой деформации выше пороговых значений в интервале

Эх10 - 3x10) Кроме того, наложение ультразвуковых колебаний и выдержку осуществляют 5-30 мин с амплитудой деформации выше пороговых значений

s иHнтервале 4,3 х 10 4 — 4, х 10

Наложение на обрабатываемое изделие ультразвуковых колебаний с амплитудой деформации выше некоторой о

Режимы термическдй Обработки

) Операции

Минимальный Максимальный Оптимальный

780

790

770

Скорость нагрева, C/ìèí

150

150

150

30

Выдержка, мин

715

710

720

43

2х10

3 6х10 Э

3, 6х104

15

На воздухе с поддувом

На воздухе с поддувом

На воздухе с поддувом

195

190

Твердость по 15-ти образцам 205

89 135

Иэ данной таблицы следует, что предложенный способ термической обработки как при минимальном, так и при максимальном режимах обеспечивает соответствие структуры и тверНагрев до температуры, C

Охлаждение с наложением ультразвуковых колебаний до t, C

Время охлаждения, мин

Амплитуда деформации

Выдержка, мин

Окончательное охлаждение

Получающаяся структура, балл

Общая продолжительность термической обработки, мин пороговой т.е. с такой амплитудой, при которой напряжениебе ЕЕ пре1 И11 вышают критические напряжения, необходимые для движения и размножения дислокаций их взаимодействия, вследствие которого образуются точечные дефекты (вакансии), позволяет значительно ускорить процесс сфероидизации. Это обусловлено тем, что наложение,ультразвуковых колеба® ний приводит к образованию повышенной концентрации несовершенств кристаллического строения(дислокации вакансии), обуславливающих искрив.ление остатков цементитных пластин и их дробление.

В таблице представлены минимальный, максимальный и оптимальный режимы термической обработки высокоуглеродистых, преимущественно подшипниковых, сталей в частности ЩХ15, 29 не исключающие других вариантов их осуществления. дости стали ШХ15 требованиям ГОСТа

801-60 (структура не выше 5-го бал-, ла, НВ - 179-207) и позволяет в значительной степени сократить общую

65 продолжительность обработки.

881129

1. Способ термической обработки нысокоуглеродистых, преимущественно подшипниковых, сталей, включающий нагрев до температуры в интервале

A „ — А „,, выдержку, охлаждение до температур™ы на 20-30 С ниже А „, выдержку и окончательное охлаждение, о тл и ч а ю шийся тем, что, с целью ускорения сфероидизации карбидов, обработку ведут с наложением ультразвуковых колебаний.

2. Способ по п.1, о т л и ч а юшийся тем, что, наложение ультразвуковых колебаний осуществляют в процессе охлаждения до температуры ниже А „на 20-30 С, 3. Способ по п.1, о т л и ч а юшийся тем, что наложение ультразнуконых колебаний осуществляют. н процессе выдержки при температуре н интервале А«- Аб

Предлагаемый способ термической обработки опробован н полупромышленных условиях ЦНИИчермета на образцах из горячекатанного подката стали

ШХ15 диаметром 8 мм и длиной 102 мм со структурой, состоящей из пластинчатого перлита и тонкой цементной сетки, твердость которых составляет HB 388-401. Химический состав стали,%: углерод 1, хром 1,7, кремний 0,25, марганец 0,3, никель 0,2, молибден 0,04, железо — остальное.

Наложение ультразвуковых колебаний частотой 19,б кГц осуществляют, используя непосредственный акустический контакт колебательной системы с торцом образца с амплитудой н 10100 мкм, что соответствует амплитуде деформаций в интервале З,бх10 4З,бх10 . Нагрев стали производят с помощью индукционной печи, а охлаждение — .сжатым воздухом.

Предлагаемый способ термической обработки осуществляется следующим образом.

Высокоуглеродистую сталь, преимущественно, подшипниконую, нагревают со скоростью 150 С/мин до температуры на 30-50 С выше Ас„, т.е. до 770790ОС. При нагреве стали до температуры ниже 770 С вследствие ее близости к критической точке А (740755 C) исключается зародышевое действие нерастноренных карбидов, что принодит к замедлению сфероидиэации.

При нагреве стали до температуры выше 790 С вследствие ее близости к точке А (=800 C) происходит черезС,ъ мерное растворение карбидов и аустените и затрудняется последующая сфероидизация. При достижении температуры 770-790 С сталь подвергают выдержке 15-40 мин. Выдержка продолжительностью менее 15 мин не обеспечивает необходимой твердости стали, в то время как при выдержке продолжительностью более 40. мин происходит усталостное разрушение обрабатываемого изделия. После выдерж.ки сталь со скоростью в 1,7-7 C/ìèII., т.е. 8-43 мин, охлаждают до температуры на 20-30 С ниже А ò.е. до о

710-720ОС с одновременным наложением ультразвуковых колебаний при амплитуде деформации выше порого-4 вых значений в интервале 3, б х 10

3, б х 10 . Наложение ультразвуковых колебаний с амплитудой деформации менее З,бх10 4не позволяет ускорить сфероидизацию карбидов, так .как в структуре стали при таких амплитудах не образуются дефекты (дислокации и вакансии),.в то время, как при амплитудах деформации более чем

3,6 х 10 происходит усталостное разрушение изделия. Охлаждение стали со скоростью более 7 С/мин не обеспечивает протекания н достаточной степени процессов сфероидиэации и

40 коалесенции карбидов в условиях ультразвукового воздействия. При охлаждении со скоростью менее 1,7 С/мин о возможно усталостное разрушение образца. Охлаждение до температуры ниже 710ОС приводит к замедлению диффузионного процесса и, следовательно, к замедлению сфероидизации карбидов, а при охлаждении до температуры выше 720 С замедляется перлитное превращение, что происходит согласно диаграмме .изотермического превращения обрабатываемой стали.

При достижении 710-720 С сталь подвергают выдержке до 40 мин. Продолжительность выдержки определяется временем превращения аустенита в перлит в соответствии с кинетикой превращения высокоуглеродистых сталей. Выдержка продолжительностью более 40 мин для сталей данного класса нецелесообразна, так как к этому времени происходит полное превращение аустенита н перлит. После выдержки при температуре ниже A,ñòàëü охлаждают до комнатной температуPbI .

В настоящее время ведутся работы по проектированию технологического оборудования для осуществления предлагаемого способа термической обработки. Сопостанительный анализ известного и предлагаемого способов термической обработки показывает, что последний из них является более эффективным с-точки зрения продолжительности обработки. Так, обработка иэделия по известному способу длится 14 ч, а по предлагаемому - 50135 мин, что позноляет в течение одного года только за счет амортизационных отчислений сэкономить 575000 рублей. формула изобретения

881129

Составитель А.Денисова

Техред Ж. Кастелевич Корректор В.Синицкая

Редактор H.Ìèíêî

Заказ 9874/43 Тираж 621 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий у

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Филиал ППП "Патент", г. ужгород, ул. Проектная, 4

4. Способ по п.1, о т л и ч а ю- шийся тем, что наложение ультразвуковых колебаний осуществляют в процессе выдержки при температуре на 20-30 С ниже А 0, 5. Способ термической обработки по пп. 1 и 2, .о т л и ч а ю щ и йс я тем, что наложение ультразвуковых

Э колебаний и охлаждение осуществляют

8-43 мин с амплитудой деформации выше пороговых значений в интервале

3,6х10 4- 3,6х10 Х.

6. Способ по пп. 1 и 3, о т.л ич а ю шийся тем, что наложение ультразвуковых колебаний и выдержку осуществляют 15-40 мин с амплитудой деформации выше пороговых значений в интервале Зх10 4- Зх10 3.

7. Способ по пп. 1 и 4, о т л ич а ю шийся тем, что наложение ультразвуковых колебаний и выдержку осуществляют 5-30 мин с амплитудой деформации выше пороговых значений в интервале 4,3х10 4- 4,3 х 10 .

Источники информации, приня гые во внимание при экспертизе

1. "Металлургия", реферативный журнал, 1979, 9 1122, реферат 12И735.

2. "Металлургия", реферативный . журнал, 1974, 9 1, реферат 1И854.

3."Черметинформация", бюллетень, 1976, В 5, с. 46, рис. 2 r.