Способ изготовления изделий преимущественно из сталей мартенситного класса

 

1. СПОСОБ ИЗГОТОВЖНИЯ ИЗДЕЛИЙ ПРЕИМУЩЕСТВЕННО ИЗ СТАЛЕЙ МАРТЕНСИТНОГО КЛАССА, бключакнций скоростной нагрев заготовки выше Аса пластическую деформацию и высокий отпуск, отличающийся тем. что, с целью повьшения производительности процесса, пластическую деформацию заготовки ведут в два перехода - на первом переходе прюизводят формообразование заготовки со степенью деформации 5-10% с одновременным подструживанием до температуря от АС до (АС И00-150с), а на вто ром переходе заготовку прокатывают со степенью деформации не менее 30% при температуре конца первого перехода в изотермическом режиме и при этой же температуре выдерживают в течение 5-10 мин, азатем производят охлаждение заготовки до температуры § начала бейнитного превращения со скоростью 3-5 С/мин и последуилцее (О охлаждение на воздухе до температуры с полного мартенситного превращения, 2. Способ ПОП.1, отличаю§ щийся тем, что высокий отпуск производят в течение 1-2 ч.

COOS СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ .

РЕСПУБЛИК

П9) SU (1!) 4(51) С 21 D 8 00

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Н ABTOPCHOMV СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21).3637873/22-02 (22) 29.08.83 (46) 23.01.85. Бюл. №- 3. (72) В.А.Гайко, А.Н.Давидович, В.А.Клушин, Г.В.Андреев, Э.М.Горбу» нов, К.П.Дайлиде и 10.Б,Микешка . (71)- Физико-технический институт

АН ьелорусской ССР (53) 621.785.3:669.15.194(088.8) (56) 1. Авторское свидетельство СССР

¹ 782935, кл, В 21 Н 1/18, 1979.

2. Металловедение и термическая обработка стали. Справочник под ред.

М.Л.Берштейна и А.Т.Рахштадта, М., "Металлургия", 1962, т. 2, с. 856. (54)(57) 1.

ДЕЛИИ ПРЕИМУЩЕСТВЕННО ИЗ СТАЛЕЙ МАРТЕНСИТНОГО КЛАССА, включающий скоростной нагрев заготовки вьппе Ас> пластическую деформацию и высокий отпуск, отличающийся тем, что, с целью повьппения производительности процесса,. пластическую деформацию заготовки ведут в два перехода - на первом переходе производят формообразование заготовки со степенью деформации 5-10Х с одновременным подструживанием до температуры от Ас.1 до (Ас +100-150 С), а на вто ром переходе заготовку прокатывают со степенью деформации не менее ЗОХ .при температуре конца первого перехода в изотермическом режиме и при этой же температуре выдерживают в течение 5-10 мин, а затем производят охлаждение заготовки до температуры начала бейнитного превращения со скоростью 3-5 С/мин и последующее о охлаждение на воздухе до температуры полного мартенситного превращения.

2. Способ по п.1, о т л и ч а юшийся тем, что высокий отпуск производят в течение 1-2 ч.

4135781

Изобретение относится к обработке металлов давлением и может быть использовано при изготовлении прецизионных деталей гидроаппаратуры.

Известен способ изготовления изде« лий поперечно-клиновой прокаткой, по которому деформацию ведут в два перехода: на первом - при ковочной температуре, а на втором прокатку осуществляют при 200-350 С fl) . !

О

Недостатком данного способа изготовления деталей является то, что при деформировании сталей мартенситного класса вследствие интенсивного упрочнения во время прокатки на втором 15 переходе возможно разрушение эаготов ки, кроме того, материал, имеющий по» вышениую твердость, трудно поддается обработке резанием.

Наиболее близким к изобретению 20 по технической сущности и достигаемому результату являепся способ изготовления иэделий из сталей мартенситного класса, включающий скоростной нагрев заготовки вьппе Ас, плас- 25 тическую деформацию и высокий отпуск (2 .

Недостатком известного способа обработки является низкая производительность процесса, особенно в слу щ чае загрузки в печь крупных партий деталей, Цель изобретения — повышение производительности процесса.

Поставленная цель достигается тем,З5 что согласно способу изготовления изделий преимущественно из сталей мартенситного класса, включающему скоростной нагрев заготовки выше Ао, пластическую деформацию и высокий отпуск, пластическую деформацию ведут в два перехода - на первом переходе производят формообразование за- . . готовки со степенью деформации до

5-107. с одновременным подстуживанием 45 до температуры от Àc до (Ac +100150 С), а на втором йереходе заготово ку прокатьзают со степенью деформации не менее 36Х при температуре конца первого перехода B изотермическом 50 режиме и нри этой же температуре вы держивают в течение 5-10 мин, а затем производят охлаждение заготовки до температуры начала бейнитного превра щения со скоростью 3-5 С/мин и поо следующее охлаждение на воздухе до температурьг,полного мартенситного превращения.

Высокий отпуск производят в течение 1-2 ч.

Замедленное снижение твердости при отпуске легированных сталей связано с затруднением распада мартенсита и коагуляции карбидов легирующих элементов,.а также с процессом вторичного твердения при высокой пластической деформации клиновой прокаткой, осуществляемой при определенной температуре, с последующими термическими операциями позволяет создавать специфическую микроструктуру на стадии предварительной (до отпуска) обработки, после которой отпуск стали по сокращенному циклу приводит к получению такой же твердости, как и после отпуска нормальной продолжителвности.

Предлагаемая обработка проводится непосредственно в процессе изготовления детали прокаткой и включает несколько взаимосвязанных этапов. Первый этап - формообразование со степенью деформации до lOX с .одновременным подстуживаннем до температуры от

Ас до (АсЗ +100 150 С) включает ускоренную гомогенизацию.легированного аустенита в условиях, препятствующих значительному росту зерна.

После скоростного нагрева в аустените сохраняется концентрационная неоднородность по легирующим элементам и, соответственно, по углероду, Непосредственно в процессе деформации на первом этапе (степень деформации 5-10X) на дислокациях происходит выделение карбидов железа и карбидов легирующих элементов s мелкодисперсной форме. Сразу же после, окончания деформации в связи с высокой температурой и дисперсностью кар бидов происходит их обратное растворение в аустените, но распределение углерода и легирующих элементов уже более равномерное. Деформация менее

5Х не охватывает все зерна стали и не обеспечивает необходимой гомогенности. Деформация более lOX npu максимальной температуре обработки способствует ускоренному росту зерна аустенита за счет собирательной рекристаллизации и ухудшению свойств после термообработки. В процессе прокатки производится подстуживание стали до температуры проведения второго этапа. Поскольку выделение и растворение карбидов при

3 113578 максимальной температуре обработки протекает черезвычайно быстро (несколь ко секунд), подстуживание может начинаться одновременно с деформированием первого перехода. Это позволяет избежать роста зерна и нежелательного перераспределения легирующчх элементов в гомогенном аустените.

При отсутствии первого этапа последующая (на втором этапе) деформация 1р негомогенного аустенита при более низкой температуре не устраняет полностью областей концентрационной неоднородности по легирующим элементам и углероду, что вызывает после отпуска неравномерность твердения детали. Гомогенизация за счет снижения скорости нагрева или увеличения выдержки при максимальной температуре обработки приводит к резкому снижению производительности труда, значительным потерям легированной стали в виде окалины и поэтому в серийном производстве неприемлема.

Цель второго этапа состоит в формировании субструктуры, стимулирующей выделение из раствора карбидов легирующих элементов в условиях, препятствующих их обратному р а ст вор ению.

Выпадение карбидов легирующих элементов возможно на дефектах кристаллической решетки уже в процессе горячей пластической деформации аустенита. Однако при высокой температуре З5 эти карбиды неустойчивы и склонны к обратному растворению в аустените.

Деформацию поэтому следует, вести таким образом, чтобы одновременно с выделением карбидов формировалась ус- 4Р тойчивая дислокационная субструктура типа полигонапьной, взаимодействие с которой повышает стабильность карбидных образований. Для формирования полигональной структуры с легированной стали при температурах выше

Ар требуется степень деформации не менее 30X.. с5

Однако дислокационная субструктура в рамках предлагаемого способа явля- 5Р ется лишь промежуточным звеном, способствующим получению относительно устойчивых легированных карбидов, поскольку сохранение этой субструктуры при- мартенситном превращении 55 приведет к повышению устойчивости стали и отпуску. Поэтому температурный .интервал деформироваиия и условия

1 4 последеформационной обработки должны выбираться с учетом последующего распада дислокационной субструктуры, но с сохранением образованного на ее основе распределения легированных карбидов. Вследствие этого температу „ ный интервал деформирования на втором этапе обработки выбирается следующим образом: верхняя точка (выше

A на 100-150 С вЂ” более высокая

0 с1 температура для высоколегированных сталей мартенситного класса) соот-, ветствует температуре, выше которой черезвычайно трудно получить у "тойчивое состояние системы карбид-дислока"

1 ция ввиду высокой подвижности дислокаций и атомов легированных элементов; нижняя (точка Ас ) соотвЕтствует

3 температуре, ниже которой s легированной стали практически тормозится распад закрепленной карбидами дислокационной субструктуры, что может привести к ее переходу в мартенсит и замедлению процессов отпуска.

Последеформационная выдержка при температуре деформации проводится с целью распада полигонапьной, субструктуры. Время выдержки. определяется временем завершения при данной температуре первичной рекристалпизации — не менге 5 мин для степени деформации 30Х и не более 10 мин для более высоких степеней деформации. э

После распада полигональной системы в стали сохраняется достаточно днсперсное распределение карбидов, расположенных преимущественно на дис. локациях и других дефектах решетки.

Переход дисперсных карбидов и повышенной плотности дефектов в мартенсит оказывает замедляющее действие на процессы отпуска. Поэтому режим последующего охлаждения направлен на снижение плотности дислокаций и уменьшение дисперсности карбидов.

Это достигается достаточно медленным охлаждением, при котором в стали происходит коагуляция выделившихся при деформации карбидов с одновременным освобождением дислокаций от блокирующих частиц, аннигиляция освободившихся дислокаций и снижение их плотности. Скорость охлаждения выбирается из условия максимально возможного снижения плотности дислокаций при коагуляции блокирующих карбидов, однако в таких пределах, чтобы обеднение матрицы углеродом

1135781 за время охлаждения до точки начала бейнитного превращения не вызвало снижения устойчивости аустенита в бейннтной области и частичного бейнитного превращения при охлаждении на воздухе, что ухудпает свойства стали после термообработки. Этим условиям отвечает скорость охлаждения 3-5 С/мин.

В результате обработки сталь пос- 10 ле охлаждения на воздухе имеет мартенситную структуру с низкой IpIQT ностью дислокаций, в которой содержится значительное количество карбидов легирующих элементов, что поз- . 15 воляет уменьшить до 1-2 ч) продолжительность наиболее дпительной части отпуска, связанной с образованием специальных карбидов, и снизить проявление эффекта вторичного твердения. 211

Способ осуществляется следующим образом.

Заготовку нагревают до ковочной температуры и подают в прокатное устройство. Клиньями первого этапа 2s производят предварительное формообразование заготрвки со степенью деформации до 10%. В это время производят подстуживание заготовки до

О температуры от Ас до (Ас 100-150 С ЗО и деформируют ее кпиновымй инстру-. ментами второго перехода, причем .степень деформации на этом переходе должна составлять не менее 303, и прокатка ведется при относительно постоянной температуре за счет выделения тепла деформации, подогрева инструмента и т.д. После завершения формообразования заготовка по лотку скатывается в термостат и выдерживается в нем в течение

5-10 мин при температуре второго перехода, деформации. Далее заготовки выталкиваются в печь и охлаждаются вместе с ней со скоростью

3-5 С/мин до температуры начала бейО нитного превращения. При достижении этой температуры заготовки извлекают из печи и охлаждают на воздухе до температуры полного мартенситного превращения (менее 200 С) поспе чего производят высокий отпуск в течение 1-2 ч;

Пример . Обрабатывают заготовки из стали 18Х2Н4МА, предназначенные дпя изготовления .прецизионных деталей гидроаппаратуры. Заготовки Р 18 62 н,"ревают до 1100 С.и подвергают поперечно-клиновой прокатке в два этапа: на первом этапе .сте— пень деформации составляет 8-10, а на втором — 40, при этом во время прокатки на первом этапе заготовку подстуживают сжатым воздухом до 950-930 С, а на втором этапе про0 катку ведут на подогреваемом инструменте без охлаждения воздухои, что обеспечивает изотермические условия прокатки на втором этапе. После окончания деформации заготовки по лотку скатываются в термостат, представлянг щий собой проходческий индуктор,.где выдерживают .втечение 8мин.Далее заготовки выталкивают из термостата в печь

СШОЛ-! .1.6/11-И! иохлаждают вместе с ней до 4!О С . Затем заготовки высью пают из т=рч и охлаждают на воздухе до 180 С. Последующий высокий отпуск до температуры 690 С в течение о !,3 ч обеспечивает твердость прокатанной заготовки HPC 24-26.

Таким образом, использование предлагаемого способа позволяет сократить время обработки, что видно также из таблицы.

1135781

Время цикла обработки партии, ч

Способ Режим термообработки . емя смягающей обботки ртии, ч о

Прокатка (1=1100

E,=50X )

Охлаждение в таре

Высокий отпуск (С = 690 С; С = 6 ч) ИзвестHbIH

Прокатка (t-=1100 С; о (Я, =8X

=950-930 6 =40X )

2 Z

Охлаждение в индукторе, печи и на воздухе

Высокий отпуск (+ =1,3 ч) Предлагаемый

23,3

1,3

Составитель А. Кулемин

Техред С.Легеза Корректор М.Леонтюк

Редактор Н.Яцола

Заказ 10248/18 Тираж 552 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