Способ термической обработки сталей

Способ термической обработки сталей

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

ОПИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Союз Советских

Социалистических

Республик (1954442 (61) Дополнительное к авт. свид-ву (22) Эа явлено 16 . 0 3 . 81 (21) 326 4 0 70/22-02 с присоединением заявки № (23) Приоритет

Опубликовано 300882. Бюллетень ¹32

И11М.К .

С 21 D 1/78

Государственный комитет

СССР но делам изобретений и открытий (53) УДК 621 ° 78. .014.5!621. .785.72(088.8) Дата опубликования описания 30.08,82 (72) Авторы изобретения

М.Н.Перегудов,. Б.Л.фельдман, Б.Д.Галанцев и Я .И.Минухин (Научно-исследовательский институт автотракторйых ., материалов (71) Заявитель (5 4) СПОСОБ ТЕРМИЧЕСКОЙ ОБРАБОТКИ СТАЛЕЙ

Изобретение относится к термической обработке среднеуглеродистых легированных конструкционных сталей после улучшения, сочетающего закалку стали с последующим отпуском. Температура отпуска подбирается в каждом случае в зависимости от требуемого сочетания свойств. Для получения высоких значений прочностных характеристик (предел прочности и предел текучести) необходимо проведение от пуска при температурах 250-400оС.

Однако при этом большинство сталей попадает в зону необратимой отпускной хрупкости (понижение значения ударной вязкости и повышенная температура перехода в хрупкое состояние) .

Поэтому разработка способов термической обработки, устраняющих это явление, продиктована потребностями современного машиностроения.

Причины возникновения необратимой отпускной хрупкости связаны с образованием фаз (карбидов, нитридов, карбонитридов) по границам зерен при распаде мартенсита. Образование и рост таких фаз подчиняется обычным термодинамическим закономерностям, поэтому для них может быть установлен инкубационный .период образования, его температурная зависимость, скорость роста и т.п. Применяя особые режимы термообработки вне области равновесного существования этих фаэ, можно свести к минимуму эффект необратимой отпускной хрупкости.

Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности и достигаемому результату является способ термической обработки сталей, включающий закалку и отпуск путем нагрева со скоростью 10-10000 C/c до 200600оС с последующим охлаждением в воде, применяемый с целью подавления отпускной -хрупкости (1) .

Однако указанная обработка не приводит к максимальному уровню конструктивной прочности (оптимальное сочетание прьчности и пластичности), Во-первых, несмотря на подавление отпускной хрупкости, стали недостаточно пластичны из-за неполной степени релаксации внутренних напряжений. Во-вторых, в результате быстрого нагрева стали затрудняется процесс распада остаточного аустенита, что приводит к неоднородности структуры стали и к временной и температурной нестабильности размеров.

З© При быстром охлаждении возможна такВ результате проведения укаэанных операций подавляется необратимая отпускная хрупкость стали, использованная температура нагрева обеспечивает высокий уровень прочности, в результате выдержки при температурах на 100-120ОС ниже зоны отпускной хрупкости за счет диффузионных процессов осуществляется частичная сфероидизация карбидных пластин и релаксация внутренних напряжений, достаточная для распада остаточного аустенита. Указанные факторы ббеспечивают необходимое повышение ударной вязкости и пластичности стали. Формирующаяся в результате предлагаемой обработки структура представляет собой высокодиспврсный сорбит отпуска без остаточного аустенита, причем с отсутствием углеродсодержащих фаз по границам зерен, что обеспечивает высокий комплекс механических свойств стали.

Пример. Проводится термическая обработка цилиндрических образцов длиной 100 мм и диаметром 9 мм из стали ЗОХГСА по ГОСТ 4543-71. Закалку стали проводят с температуры 930 С.

Для нагрева образцов при проведении закалки и отпуска используют метод прямого пропускания электрического тока. Для закалки и ускоренного охлаждения образцов при проведении отпуска используют спреерное охлаждение водой.

Режим отпуска и данные измерения механических свойств приведены в таблице.

Режим отпуска

Вид обработки

Предел Относи- Относи- Ударная проч- тельное тельное вязкость, ности, удлине- сужение кгс-м кгс/мм иие, Ъ и 1 ам

Скорость Темперанагрева, тура и

ОC/с время выдержки, oC/÷

Температура нагрева,оС

45 . 4

48 4,5

50 Не про- 170 10 водится

50 165 10,5

400

По известному способу

450

600

120 14

55 8,8

7,2, По предлагаемому способу

11 50

165

50 250 1

400

7,5

12

50 250 1 160

50 250 2 153

50 250 2 150

450

7,8

12,5

400

13,0 60

450

3 95444

I же вторичная закалка аустенита с образованием областей неотпущенного мартенсита.

Известная термообработка не регламентирует температурные интервалы и скорости нагрева,, необходимые 5 для получения максимальных значений конструктивной прочности и не обеспечивает в целом необходимый. уровень пластичности стали.

Цель изобретения - повышение !0 ударной вязкости при сохранении.предела прочности стали не ниже

150 кгс/мм, Поставленная цель достигается тем, что согласно способу термической обработки сталей, преимущественно улучшаемых легированных конструкционных с содержанием углерода 0,30.,4Ъ, путем нагрева со скоростью не менее 50ОС/с до температуры 400- .

450ОС, с последующим охлаждением водой при охлаждении проводят выдержку

1-2 часа при температуре на 100120 С ниже температуры эоны нвобратимой отпускной хрупкости.

Проведение указанных операций позволяет избежать возникновения и роста карбонитридных фаз по границам зерен за счет того, что все операции термообработки проводятся в областях, где образование этих фаз либо не про-30 исходит либо затруднено из-за кратковременности пребывания в ней.

Выбор режима для каждой марки сталей осуществляется на основе сведений об интервале температур зоны не- 35 обратимой отпускной хрупкости и данных о механических свойствах стали после скоростного. отпуска.

Механические свойства

954447

Составитель И.Липгарт

Техред С,Мигунова Корректор Е.Рошко

Редактор A.Ôðoëoâà

Заказ 6370/23 Тираж 587 Подписное

HHHHIIH 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

Как видно из приведенных данных, при проведении обычного скоростного отпуска для получения высокой величины ударной вязкости требуется на,грев до температур 600 С, однако при этом предел прочности стали падает до 120 кгс/мм, скоростной от,пуск при 400-450 C при высокой прочности стали не обеспечивает желаемой величины ударной вязкости. Требуемое сочетание свойств (высокая величина ударной вязкости при пределе прочности не .ниже 150 кгс/мм ) достигается при применении предлагаемого способа.

Таким образом, по предлагаемому способу можно получить на среднеуглеродистых экономнолегированных сталях (типа 40Х, 40ХН, ЗОХГСА) предел прочности 150-165 кгс/мм при относительном удлинении 11-133, относительном сужении 50-60% и ударной вязкости 7,2-8 кгс/см .

Использование высоколегированных конструкционных сталей (40XH2MA, 38ХНЗМФ и др.) позволяет получить при близких значениях предела прочности ударную вязкость не более 6 кгс/cM .

Предлагаемая обработка позволяет, используя стали, не содержащие дефицитных легирующих элементов, получить уровень конструктивной прочности, превышающий аналогичный для высоколегированных конструкционных сталей.

Использование предлагаемого способа термической обработки целесообразно прн проведении отпуска деталей несложной конфигурации (шпильки, болты, полуоси и пр.) в варианте с нагревом ТВЧ, что обеспечит поэьыенный комплекс механических свойств готовых изделий. Указанная обработка позволит также перейти в ряде случаев на стали, не содержащие дефицитных легирующих элементов (молибден, вольфрам и т.д.) или уменьшить рабочие сечения детали„

Формула изобретения

Способ термической обработки сталей, преимущественно улучшаемых легированных конструкционных с содержанием углерода 0,3-0,4%, включающий закалку и отпуск путем нагрева

20 "со скоростью не менее 50 С/с до .температур 400-450 С с последующим охлаждением водой, о т л и ч а ю— шийся тем, что, с целью повышения ударной вязкости,при сохране25 нии предела прочности не ниже

150 кгс/мм, при охлаждении прово- . дят выдержку 1-2 ч при температуре на 100-120ОС ниже температур зоны необратимой отпускной хрупкости.

30 Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Кидин И.Н. Физические основы электротермической обработки металлов. М., Металлургиздат, 1969, . с. 218-222.