Способ термической обработки литых аустенитных сталей

Способ термической обработки литых аустенитных сталей

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

(72) Авторы изобретения

В. И.,Власов, j 1В.L ГуДковт1 gg-1 ч1 ч

Л.П. Строк, Н;К.Шаурова, В.Б.Беловодск и Л.В.Дорофеев ъ (71) Заявитель

Всесоюзный ордена Трудового Красного Знамени научноисследовательский институт железнодорожного транспорта (54) СПОСОБ ТЕРИИЧЕСКОЙ ОБРАБОТКИ ЛИТЫХ

АУСТЕНИТНЫХ СТАЛЕЙ

Изобретение относится к металлур гии и может быть использовано при термической обработке литых деталей из углеродистых аустенитных сталей.

Известен способ термической обработки стали преимущественно конструкционных марок, включающий закалку, термоциклирование и охлаждение в

t0 воде или масле, согласно которому, с целью повышения ударной вязкости, перед термоциклированием проводят закалку, а термоциклированиепроводят с выдержкой при нагреве до полного

15 растворения карбидов и подсушиванием в интервале А 600 С до завершения распада аустенита Ll) .

Однако данный режим термообработки применяют преимущественно для

20 многофазных сталей 1 перпитного или мартенситно-.перлитного класса) и он не дает положительного эф.1екта для аустенитных сталей, работающих в условиях контактно-уста:тостных нагружений в сочетании с ударом.

Известен также способ упрочнения метастабильных аустенитных сталей фазовым наклепом, включающим прямое и обратное мартенситное превращение и старение, согласно которому обратное превращение и старение проводят в изотермических условиях г.2).

Недостатком известного способа является наличие в структуре мартенсита и карбидов, а также сложность технологического процесса.

Наиболее близким к предлагаемому является спОсоб термической обработки углеродистых аустенитных сталей, включающий двойной отжиг и закалку на аустенитно-карбидную структуру 31

Недостатком известного способа является .наличие карбидов в структуре аустенита, приводящее к понижению контактно-усталостной выносливости деталей при работе в условиях воздействия ударных нагрузок.

3 90!302

Цель изобретения — повышение износостойкости и долговечности литых сердечников и цельнолитых крестовин из стали Г13Л, работающих в условиях контактно-усталостных нагружений

5 в сочетании с ударом.

Поставленная цель достигается тем, что в способе, включающем двойной отжиг и закалку, второй отжиг проводят ступенчато, для чего изде- 11! лия нагревают до температуры на 170о

200 С ниже Ас«вьдерживают при данной температуре в течение 2 ч и ведут дальнейший нагрев до температуры на 50-110 C выше Ас с вьдержкой при данной температуре в течение 0,51,0 ч, после чего изделия охлаждают вместе с печью до 500-540 С, выдерживают при данной температуре в течение 2 ч и после выдержки производят нагрев под закалку и закалку на аустенитную структуру.

Основной задачей, решаемой при ступенчатом отжиге, является устранение вредного влияния факторов, ответственных как за понижение,так и за нестабильность физико-механических свойств стали и служебных характеристик деталей за счет измельчения зерна, более полного растворения первичных карбидов, улучшения состояния границ зерен: уменьшения пор и литейных субмикротрещин, перевод в твердый раствор аустенита приграничных атомов, дробления фосфид35 ной эвтектики и т.п. Для достижения максимального фазового наклона,особенно по границам зерен,в стали 110Г

13Л в процессе нагрева под закалку о. стремятся нагреть сталь до 540 С (оптимальный интервал 550-540 С) с изотермической выдержкой при этой температуре в течение 2 ч. Наиболее резкое изменение параметров кристаллической решетки в стали 110Г1ЗЛ происходит в интервале 500-540 С. Это о 45 связано с вьделением углерода из твердого раствора аустенита, который вьделяется в виде карбидов (Fe, Ип) С по границам зерен, а обедненный твердый раствор аустенита при температуре максимального выпадания карбидов начинает распадаться с образованием СХ-фазы. Под влиянием фазового наклепа,возникающего за счет разницы удельных объемов вьде- . .ляющихся карбидов СХ-й фазы и аустенита, добиваются дробления хрупких составляющих по границам

4 зерен (окислы, фосфидная эвтектика, первичные субмикротрещины, микротрещины и т.п.) .

Применение большего времени выдержки и температуры нецелесообразно, так как приводит к появлению слишком крупных и большого количества карбидов, которые в дальнейшем медленно растворяются.

Последующий нагрев до 800 С необходим для более равномерного на— углероживания аустенита углеродом по объему зерна (центральные области) за счет частичного растворения карбидов, улучшения состояния границ зерен; ускорения диффузионных процессов в твердом растворе за счет перевода примесных элементов в твердый раствор, разрушения и частичного растворения окислов, фосфидной эвтектики и т.п. о . Время выдержки при 800 С ограничено минимальным временем, необходимым для фиксации заданной температуры теплотехническими приборами, но не более часа, в против случае наблюдается нежелательное уменьшение дефектов кристаллической структуры в центральной зоне зерен и начинается рост зерен. Последующее охлаждео ние до 500 С и изотермическая вьдержка в течение 2 ч связаны с необходимостью получения большего числа зародышей рекристаллизации, большей величины внутренней (запальной) энергии аустенита за счет фазового наклепа при вьделении карбидов и СХ-фазы, большего дробления окислов, фосфидной эвтектики и т,п. Поэтому в этот период стремятся получить выделение карбидов и СХ-фазы как по границам зерен, так и в их центральной зоне. о

Последующий нагрев от 550 С до

1:100 С необходим для полного раствоо рения карбидов o(. †« превращения растворения фосфидной эвтектики, окислов перевода примесных элементов в твердый раствор рекристаллизации и получения чистой аустенитовой структуры.

В отличие от известных режимов рекристаллизации и получение чистой аустенитовой структуры с тонкими границами зерен проходит интенсивнее и полнее за счет фазового накле-. па и пластической дефермации в результате f o(.g превращений.

Положительный эффект в результате термической обработки но предла5 9013 гаемому режиму подтверждается при рассмотрении данных о твердости литых деталей после термической обработки и при сравнительном анализе микроструктуры стали до и после терми5 ческой обработки. Твердость стали заметно повышается за счет фазового наклепа, в микроструктуре наблюдается измельчение первичного зерна и очищение границ зерен, что в конеч- 10 ном итоге приводит к повышению износостойкости и долговечности литых деталей.

Предлагаемый способ осуществляется следующим образом.

Литые сердечники и цельнолитые крестовины из стали Г13Л выбивки из литейной формы нагревают до 500540 С, выдерживают при данной температуре в течение 2 ч и охлаждают на воздухе до комнатной температуры (10-30 С). Затем детали подвергают ступенчатому отжигу по следующему режиму. о

Нагрев деталей ведут до 500-540 С и выдерживают при данной температуре

Ф в течение 2 часов, от этой темперао туры ведут нагрев до 780-850 С и выдерживают при данной температуре в течение 0,5-1,0 ч, после чего детали охлаждают вместе с печью до

500-540 С и выдерживают при данной температуре 2 ч. После ступенчатого отжига нагрев под закалку ведут от

500-540 С и закаливают на аустенитную структуру.

Термической обработке подвергают детали из стали Г1ЗЛ от одной плавки, выплавленной в основной электропечи и имеющей следующий химический состав, вес.Ж:

Углерод 1,34

Марганец 12,93

Кремний 0,72

Фосфор 0,044

Сера 0,012

Точка Ас, определенная при нагреве со скоростью 70 С/ч, составляет

710 С.

В табл.! приведены варианты термической обработки литых деталей по предлагаемому способу в сравнении с известным (контрольным) режимом термообработки (вариант Ь), а также данные для сравнительных режимов.

В табл.2 приведены служебные ха- 55 рактеристики литых деталей.

На фиг.l представлены графики за висимости значения твердости от

02 6 числа рабочих циклов на машине

EMC-60 для деталей, прошедших термическую обработку по известному режиму; ыа фиг. 2 — то же, для деталей, прошедших термическую обработку по предлагаемому режиму и по сравнительным режимам(кривые

1У и У по режиму 1, а также 4 и 5; кривые Уl и УП по режиму 4; кривая

УШ по режиму 3).

В результате термической обработки по предлагаемому режиму повышается способность стали к наклепываемости °

Предлагаемый режим термической обработки позволяет уменьшить ликвидацию марганца, углерода и других элементов и за счет этого повысить способность стали к наклепываемости, что приводит к увеличению долговечности деталей из нее. !

Из данных табл.1 видно, что износо- . стойкость и долговечность литых деталей в результате предлагаемой термической обработки выше по сравнению с деталями, прошедшими термическую обработку по известному режиму.

Анализ данных табл.2 показывает, что количество рабочих циклов до появления первых контактоусталостных трещин для деталей, прошедших термическую обработку по предлагаемому режиму (режим 1), определенное как среднее для трех образцов, составляет 0,97 10, в то время как та же ь характеристика для известного режима (режим 6), определенная как среднее для трех образцов, составляет

О, 59 ° 10 . Срок службы изделий возрастает на 677,.

Износ, отнесенный на 10 циклов, составляет соответственно для предлагаемого режима 4 1 мм и для известного — 4,5 мм (среднее значение для

3 образцов, т.е. повышение износостойкости составляет lOX), Многократное (два-три раза) повторение ступенчатого отжига в интервале температур 500-850 С позволяет дополнительно повысить долговечность изделий.

Долговечность деталей, прошедших термообработку по режиму 4, возрастает в среднем до 1,05 10, т.е, имеет место повышение долговечности еще на

10 и повышение износостойкости на

15-207.

901302

1 и

1

& х х и

>Ъ с6

I ,В11 ж

Г

«Р I

««ф

Еч 1

Я

Х I

Г«1

Ц I о

Р 1 Р E. 1 х 1 о

K

Ц х

1 о х

Р е

Х о х

Ж

:»

Е х е ж

Р е

««1 о

«I Р е с в

1 е о

И

tf о ы

4» «««»

Х

«««х

Ф Q cd

Р И Х

4 В а

И Я

> х е х

Р

cd о

« х о

& И

qj qj а ы

Х

4 и

И

О е ° е о m

Ф о

Я"

q1

O Ы

65! !

m o

< I о

Е» о е.>о

Р Хе

4 Й О

Л хоо с»

I

&» cd хна

Х

Ф

О

Г О

ОО и -б

Ф Е» а о

cd ъ х ы

1- :( о о е Й m

Ио

Ы О е о о ь

О л

Ю л

m

Ф О

Р ct

О

cd C) а

Ы о «« а1 ! ц) о ! й! 6 1 ф 1 Ж р» cd

Ж

gI t и J«

Е»

1, Р

2 е

Г«3

О О

О а

j» CV и е Ф 1 к а <л

E-eo

О cpm

K e

Г» »» Я

Е- V

Od O

C O О 2ь

«

Е»ОО Ь

««Г О tA а

Р Ф

hC «««И мха

m Р Ф

И Х

%gal

E Х

q1 а а Г.» qj

Ф «Г«

m E- o ."

e(O «E» е.. о я хг

E cd а cd Я, о а ь

& Х Р к о

О 4 Г»Ъ

4o I (»« у

1 о х

z «)

& ГМ р б

Ц

Р. О о х

Е Е ф ««Г Г, OO,d

И Х о е

4 а

В

3-Р

«ГГ ГМ асъe

И 1 Р» ъО 4

m ю qj х

Ж в cd O, 5 1 Р о Ф е» m

Ф (3 о о оо A44e х оь

Е» Г (М

Феао и «- 14 Г-(И

k уое ео !

1 в".

gEO о ао

ХО

Ф, « о m х<о

Х Г:Г ихой х е сл, х е

Х д Ф а д М ъ

Е» Г««

Ц cdt. о ао

И Фо

4 О

m zo

Ф Ф M а 14 О

qj о« х « Ц cd « о ы х

И cd х

«Г«Х Р

Р, Ф m Г»

Ы

e cd O

Х m «» E

901302

Таблица 2

Долговечное пол. циклов

Вариант

Твердость

Износ, мм ачало конец

l,2 1О

0,8 ° 106

0,9 ° 10

503

4,8

223

218

378

5,0

214

534

2,2

I 150 ° 10

0,850 10

225

560

2,8

406

216

5,0

0,940 10

532

4,0

214

О, 700 ° 10

0,427 "10

О, 673" 10

670

360

0,9

1,38

550

330

320

0,78

560

513

3,8

228

4,93

4,2

206

220

2,6

535

523

4,7

203 .

208

538

5,6

0,930:10

496

216

0,250 10

0,900 10

0,600 ° 10

357

2,0

207

1,6

387

207

2,2

382

202

0,950 ° 10

1,290 10

0,910 10

0,650 10

0,850 ° 10

Формула изобретения

Способ термической обработки литых аустенитных сталей, преимущественно высокомарганцовистых, включающий двойной отжиг и закалку, о т л и ч аю шийся тем, что, с целью повышения долговечности и износостойкости литых деталей, второй отжиг проводят ступенчато с выдержкой на первой ступени при температуре на 170-200 С ниже А в течение 2 ч и на второй— с„ о при температуре на 50-110 С выше А в течение 0,5-1 ч, после чего детали охлаждают вместе с печью до температуры первой;ступени отжига, выдерживают и от э ой температуры ведут нагрев под закалку.

Источники информации,,принятые во внимание при экспертизе

1. Авторское свидетельство СССР

У 583185, кл. С 21 Ь 1/78, 1976.

2. Авторское свидетельство СССР

Р 454265, кл. С 21 0 I/78, 1972.

3. Авторское свидетельство СССР

N9 444819, кл. С 21 D I/78, 1973.

901302

Н8

Ф4Р ИО Ф 70+ +б.Ф 8 10 /0 исмг guenon

УУиЕ 7

2Й1

1Ф Ц О 610 Р 70 70+ f/.7Ф

4Ыжо илж Р

Ф

ВНИИПИ Заказ 12303/24 Тираж 586 Подписное

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