Способ обработки сталей
СПОСОБ ОБРАБОТКИ СТАЛЕЙ, преимущественно аустениэ:но-мартенситного класса, включающий поверхностную пластическую деформацию, и отпуск, отличающийся тем, что,-С целью повышения износостойкости и усталортной ; прочности, старение проиэв.одят при температурах ниже температур начала oL-9Т превращения на SO-IOO C. (Л
СОЮЗ СОВЕТСКИХ
РЕСПУБЛИК
0% (И) ЯЯ) .С 21 D 6/ 0
ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР
AO ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ
ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ н. с в то ссновт сансвсвтъот вт (21) 3336772/22-02 (22) 18.09.81 (46) 30.07.83. Бюл. 9 28 (72) В.A.Пчелинцев, Е.A.Коломыцев, В.М.Раб, Л.Д.Слободенюк и В.И.Головко (71) Всесоюзный научно-исследовательский и конструкторско-технологический институт компрессорного машиностроения. (53) 621.785.79(088.8) (56) 1. Галицкий Б.А. и Беляев Б.И.
Технология компрессоростроения.
Машгиз, 1961, с. 388-389.
2. Авторское свидетельство СССР
Р 249409, кл. С 21 D б/00, 1969.
3. Шапиро М.В. Новые материалы и технология изготовления клапанных пластин компрессоров. ЦИНТИХимнефтемаш. М., "Компрессоростроение", 1967, с. 24-55, 32-33. 4. Авторское свидетельство СССР
Р 370249, кл. С 21 D б/02, 1973. (54) (57) СПОСОБ ОБРАБОТКИ СТАЛЕЙ, преимущественно аустенитно-мартенситного класса, включающий поверхностную пластическую деформацию, старение и отпуск, о т л и ч а ю— шийся тем, что,.с целью повышения износостойкости и усталостной прочности, старение производят при температурах ниже температур начала
d. 3" превращения на 50-100 С.
1032029
30
Изс бретение относится к обработке металлов давлением и термообработкой, в частности к обработке сталей преимущественно переходного аустенитно-марте»ситного класса.
Известен способ изготовления пластин кольцевых клапанов из сталей
ЗОХГСА и ЗОХ13, при котором заготовки кольцевых пластин вырубают в штампе, производят предварительную механическую обработку, затем партию пластин набирают в специальном зажимном приспособлении и нагревают до температур на 50-200 С выше ТАс закалку производят в масле, отпуск пластин производят при температурах, обеспечивающих получение твердости пластин Ш - 48-52. После термообработки производят окончательную механическую обработку, размагничивание, вторичный отпуск партии пластин в эажимном приспособлении, притирку клапанных пластин с 2-х сторон на притирочной плите $1)
Долговечность пластин, изготовленных указанным способом, составляет 300-1200 ч при низкой износостойкости.
Известен способ термической обработки нержавеющих сталей, который включает стабилизацию аустенита отпуском при 200-350оС 12).
Известен также способ изготовления пластин кольцевых клапанов из стали 09X15H8t0, при котором заготовки кольцевых пластин вырубают в штампе, производят предварительную 35 механическую обработку, нагревают заготовки до температуры АС3, производят закалку пластин под прессом между водоохлаждаемыми плитами.
После закалки пластины подвергают окончательной механической обработке, обработке холодом в зажимном приспособлении и старению при
4 50 С f3)
Однако из ве ст ные способы . не обе спе- 45 чивают требуемой износостойкости при достаточном сопротивлении материала ударно-циклическим нагрузкам. После закалки и обработки холодом структура материала пластин по всему сечению представляет собой. мартенсит в виде пластинчатых кристаллов, содержащих двойники, и остаточный аустенит. В процессе последующего старения происходит упрочнение мартенситной части структуры
55 и стабилизация непревращенной части аустенита. Количество остаточного аустенита в материале после такой обработки зависит от температуры обработки холодом и времени обработки. 60
Материал пластин с 10-20% остаточного аустенита обладает хорошей износостойкостью, »о с повышенной чувствительностью к хрупкому разрушению в условиях динамических нагрузок. Повышение остаточного аустенита до 40- 50Ъ не обеспечивает достаточной иэносостойкости пластин в зонах контакта с седлом, что приводит к износу пластин В данных зонах и служит причиной их замены изза нарушения плотности клапана.
Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности и достигаемому результату является способ обработки сталей, который включает поверхностную пластическую деформацию и старение P4).
Однако указанная обработки аустенитных сталей не исключает .явления охрупчивания. Пластины из такой стали чувствительны к хрупкому раэрушению в условиях динамических нагрузок.
Содержание мартенсита 10-25% в поверхностном слое не обеспечивает достаточной износостойкости. Стабильный аустенит срединной части деталей не обладает способностью релаксации напряжений вследствие отсутствия аустенитно-мартенситного превращения при циклических нагрузках и рабочих температурах.
Цель изобретения — повышение иэносостойкости и усталостной прочности сталей.
Поставленная цель достигается тем, что согласно способу обработки сталей, включающем поверхностную пластическую деформацию, старение и отпуск, старение производят при температурах ниже температур начала
< .- р" превращения на 50-100 С.
Температурный интервал выбран на основании комплексной оценки показателей прочности (Q@, G р ), пластичности ф), твердости (НКс) и усталостной прочности б 4 при температуре 20 С и при рабочих температурах 150-180 С.
В отечественных нержавеющих сталях переходного класса при температурах 150-200РС, которые являются рабочими температурами для таких деталей как пластины клапанов, наблюдается явление охрупчивания. Старение, проводимое при температуре ниже температуры начала обратного с(превращения на 50-100 С, смещают явление охрупчивания материала в область температур 300-350 С, т.е. выше рабочих. Смещение порога хладноломкости в область более высоких температур объясняется деформационным старением. Кроме этого, указанный интервал температур выбран, как обеспечивающий оптимальный уровень показателей прочности (6, Q ð.ъ ), пластичности (Д ) и твердости (НКс) при температуре 20 рС и рабочих температурах 150-180 С. Старение при укаэанных температурах обеспечивает сравнительно высокую
1032029 область стабильного остаточного аустенита при высоких показателях б 8 Применение поверхностной пластической деформации для сталей переходного класса с последующим сгарением при температуре ниже температуры обратного aL Я" превращения вследствие деформационного упрочнения позволяет получить поверхностный слой с содержанием высокодис- персного мартенсита до 90%, что обеспечивает высокую износостойкость поверхности деталей; срединная часть деталей содержит до 40-60Ъ аустенита, из них 15-20 стабильного остаточного аустенита, что обеспечивает повышение сопротивления материала развитию усталостных трещин за счет способности материала дополнительно претерпевать аустенитно-мар.тенситные превращения при циклических нагрузках и рабочих температурах. Твердость поверхности слоя пластин составляет Нйс45-48, сердцевины HR 28-32. Применение температур старения ниже указанного интервала не обеспечивает смещения явления охрупчивания в область более высоких температур. Применение температур старения выше указанного интервала вплоть до температуры начала обратного о .- превращения (570-600 C) приводит к уменьшению количества стабильного остаточного аустенита вследс;.вие дисперсного твердения. что резко снижает усталостйую прочность материала при рабочих температурах. Вследствие разупрочнения материала резко снижается твердость поверхности, а это приводит к понижению иэносостойкости. Применение температур старения выше температуры обратного d - превращения, хотя и обеспечивает максимальное количество стабильного аустенита, однако вследствие высоких. температур материал разупрочняется, резко снижается твердость поверхности. Поэтому для деталей, работающих при циклических нагрузках и одновременно подверженных износу, наиболее приемлемым является интервал температур старения ниже температур .обратного о d. Я превращения на 50-100 С. Таким образом, старение, йроизводимое после поверхностной пластической деформации, при температурах ниже температур начала с - превращения на 50-100ОС с последующим отпуском обеспечивает повышение износостойкости и усталостной прочности для сталей преимущественно аустенитно-мартенситного класса. Пример использования способа при изготовлении пластин кольцевых клапанов компрессора 50ТГЗОО с размерами ф 239/207, д = 3+О 1 мм; Испытания образцов пластин осуществляют на установке ИУП-100. Образцы устанавливают в специальное приспособление, которое позволяет иммитировать условия нагружения пластин клапанов в эксплуатации. База испытаний составляет 1 ° 10 цик.лов. В .результате испытаний установлено (см. таблицу), что образцы, из готовленные по предлагаемому спосо-бу, имеют более высокий уровень цик лической прочности по сравнению с 9 123/91; d = 3+0,1 мм иэ стали аустенитно-мартенситного класса 10Х15НЬМЗ ТУ 14-1-15005-76. Из листа д = 3,9 мм на гильотинных ножницах вырезают квадратные заготовки и производят обработку комплекта пластин по наружному и внутреннему диаметрам, соответственно ф 242/205, и g 125/89, шлифовку торцов пластин с 2-х сторон с пере10 ворачиванием на размер 3,5-0,1 мм, размагничивание пластины. Пакет пластин в количестве 5 шт собирают в зажимном приспособлении, нагревают до 1070 С, выдерживают в печи в течение 40 мин и закаливают в воде, обеспечивая ее интенсивное перемешивание. Далее производят окончательную механическую обработку пластин ф 239-1,15/207+0,09; Р 123 0,87/91+ +0,07, шлифовку пластины с многократным переворачиванием в размер 3+0,1 мм, размагничивание их. В спецприспособлении на токарном станке роликовой головкой производят поверхностную пластическую деформацию пластин с 2-х сторон с обеспечением эон1 мартенситного превращения в поверхности на глубину до 1 мм, в результате чего пластиЗО на по толщине имеет следующие структуры: поверхностный слой с 2-х сторон на глубину до 1 мм — мартенсит деформации с незначительным (до 10%) количеством остаточного аустенита, средняя часть пластин имеет аустенитную структуру (50-60%), причем аустенит неустойчив и при знакопеременных нагрузках превращается в мартенсит. Затем пакет пластин в количестве 30 шт набирают в зажимном приспособлении и производят старение при температуре 500оС (в течение 2 ч), при этом в поверхностном мартенситном слое происходит процесс дисперсионного упрочнения, что приводит к повышению твердости поверхности пластин на 8-12 ед по шкале HR, и, соответственно, к повышению их износостойкости. 50 Стабилизацию аустенита средней части пластин производят путем ото пуска при температурах 200-350 С в течение 2 ч. 1032029 Использование предлагаемого способа изготовления пластин кольцевых клапанов из сталей переходного аустеритно-мартенситного класса обеспечивает значительное повышение изно5 состойкости пластин при одновременном повышении их долговечности. Экономический эффект от использования предлагаемою способа по сравнению с из. вестным составляет 40,0 тыс.руб. в год. Способ изготовления пластин Предлагаемый Известный Число циклов N 10 Нагрузка.. Р„. „ 10 кг Число циклов N 10 Нагрузка Р„„,,„ 10 кг 15,4 17 16 14 13 П р и м е ч а н и е . Обозначение (х) соответствует образцам, прошедшим испытания без разрушения. Составитель A. Денисова Редактор A. Власенко Техреду.Гергель Еорректор А. Зимокосов Заказ 5332/31 Тираж 568 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 Ф существующим. Образцы без разрушения выдерживают, соответственно, нагрузку 14 ° 10 кг и 11 10,кг. Эксплуатационная долговечность пластин, изготовленных по предлагаемой технологии, повышается на 25-ЗОВ по сравнению с пластинами, изготовленными по существующей технологии (базовой). 16,3 63,5 235,2 278,7 1000,0" М 1000;0 110,7 121,8 150,2 274,3 1000I0
