Способ изготовления крепежных резьбовых изделий из низкоуглеродистой стали

 

Изобретение относится к металлургии , а именно к метизному производству и может быть использовайо при получении высокопрочного крепежа из низкоуглеродистых сталей. Цель изобретения - одновременное повьппение прочности, вязкости, хладостойкости и коррозионной стойкости крепежных изделий и повышение технологичности их изготовления. Заготовки нагревают до аустенитной области, ускоренно охлаждают сначала поверхность на глубину, соответствующую глубине резьбы, до температуры в межкритическом интервале Аг,- Аг, при: сохранении остальной части заготовки в аустенитном состоянии. Затем охлаждают всю заготовку до комнатной температуры со скоростью 100- 150 град/с. Проводят калибровку и холодную пластическую деформацию с приданием изделию окончательной формы и размеров, после чего осуществляют стабилизирующий отпуск изделия в интервале температур 200-600 С в активной окисляющей среде. В результате получается структура, характеризующаяся мелким зерном феррита, наличием продуктов промежуточного распада аустенита, мелкодисперсным цементитом, равномерно распределенным по телу фер- - ритовых зерен. Такая структура обеспечивает оптимальный комплекс свойств перед деформацией. 2 табл. (О с: о эо У1 :л

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

А1 (191 (11) (sg 4 С 21 D 1/78

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ

Н A BTOPCHOIVIV СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 3931584/22-02 (22) 12.07.85 (46) 07.04.87. Бюл. № 13 (7 1) Днепропетровский металлургический институт им. Л.И. Брежнева (72) Ю.П. Гуль, Л.И. Москаленко, В.П. Колпак, Л.С. Седельникова, Ю .Г. Крупман и Ю.М. Емельянов (53) 621.785.79(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

¹ 662233, кл. С 21 D 1/78, 1975. (54) СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ КРЕПЕЖНЫХ

РЕЗЬБОВЫХ ИЗДЕЛИЙ ИЗ НИЗКОУГЛЕРОДИСТОЙ СТАЛИ (57) Изобретение относится к металлургии, а именно к метизному производству и может быть использовайо при получении высокопрочного крепежа из низкоуглеродистых сталей. Цель изобретения — одновременное повышение прочности, вязкости, хладостойкости и коррозионной стойкости крепежных изделий и повышение технологичности их изготовления. Заготовки нагревают до аустенитной области, ускоренно охлаждают сначала поверхность на глубину, соответствующую глубине резьбы, до температуры в межкритическом интервале Аг — Аг, при; сохранении остальной части заготовки в аустенитном состоянии. Затем охлаждают всю заготовку до комнатной температуры со скоростью 100150 град/с. Проводят калибровку и холодную пластическую деформацию с приданием иэделию окончательной формы и размеров, после чего осуществляют стабилизирующий отпуск изделия в инО тервале температур 200-600 С в актив. ной окисляющей среде. В результате получается структура, характеризующаяся мелким зерном феррита, наличием продуктов промежуточного распада аустенита, мелкодисперсным цементитом, равномерно распределенным по телу фер-ф ритовых зерен. Такая структура обеспечивает оптимальный комплекс свойств перед деформацией. 2 табл.

130185

Изобретение относится к металлургии, а именно к метизному производству, и может быть использовано при получении высокопрочного крепежа из низкоуглеродистых сталей.

Целью изобретения является повышение прочности, вязкости, хладостойкости и коррозионной стойкости крепежных изделий и повышение техноло.гичности их изготовления.

Для изготовления болтов используют две марки стали: сталь 10 кп и сталь 20.

В табл. 1 приведен химический состав исследованных сталей.

Технология изготовления болтов па 45 известному способу следующая.

Прокат 16 и 19 мм подвергают термическому упрочнению с прокатного нагрева с 930-940 С в воде цеховой температуры па режиму поЛной закалки. 50

Термоупрочненный металл подвергают отпуску, протягивая его через индукционную установку ЛЗ- 163. Скорость протяжки составляет 120 мм/с темБ пература поверхности 650-680 С, глубина отпущенного слоя 1,5-2, 1 мм.

Калибровку осуществляют на однократном водочильнэм стане 1/750. Металл

Р 16 мм калибруют на 414,2 мм, а

Прутки металла ф 14 мм нагревают со скоростью 800 грац/с в индукционо ной установке до 950 С . (прагрев сквозной), после чего поверхность прутков глубиной 1,5 мм подстуживают до

730-760 С. Для этого прутки на 2-3 с опускают в бак с водой. Температуру контролируют термапарами на поверхности и внутри прутка. Температура внутри прутка при этом остается раво ной 930-950 С. После подстуживания все изделия охлаждают со средней скоростью 140 град/с до цеховой температуры. После термической обработки

30 металл калибруют волочением на однократном волачильном стане 1/750 с

Р14 мм на ф13„30 мм.

Из обработанных таким образом прутков на комбайне-автомате А1921 методом холодной высадки изготовляют 35 болты М12х65. о

Готовые болты отпускают при 400 С в атмосфере перегретого пара, содержащего молибдеHoBoêèñëûé аммоний.

Механические свойства болтов, изготовленных па предлагаемому и известному способам приведены в табл.2.

5 г р 19 мм — на ф 18 2 мм. Из подготовленного таким образом металла способом двухкратного редуцирования изготовляют болты М12х65. Коррозионную устойчивость изделий исследуют в контакте с пастой "Корродкот" по изменению их удельной массы (am/s) г/м

Удельная масса болтов, изготовленных по известному способу, изменяется на

480 г/м, а болтов, изготовленных

z по предлагаемой технологии, — на

50 г/м, т ° е. коррозионная устойчивость болтов по предлагаемой технологии выше почти в 10 раз.

Определение ударной вязкости производят для болтов M- 12 на нестандартных образцах 5х8х55 мм с U-образным надрезом глубиной 2 мм. Но поскольку такие образцы одинаковы для всех использованных обработок, включая обработку по известному способу, то сравнивать показатели ударной вязкости можно достаточно обоснованно.

Как видно из табл. 2, крепеж из низкоуглеродистой стали, изготовлен— ной по данному способу, обладает свойствами, позволяющими перевести

его из класса прочности 5,8 в класс прочности 6,8-6,9 (сталь 10 кп) и

10,9 (сталь 20). Сочетание прочности, вязкости, хладостойкасти и термической стабильности свойств позволяет рекомендовать болты, изготовленные данным способом, для работы в условиях пониженных температур, а также обеспечивает замену болтов из низколегированных сталей равнопрочными болтами из низкоуглеродистой стали.

Высокие скорости нагрева (5001000) град/с в аустенитную область обеспечивают образование мелкого аустенитного зерна и после ускоренного охлаждения, как следствие, повышение ударной вязкости, особенна при низких температурах. Скорость нагрева менее 500 град/с вследствие образования малого количества центров зарождения зерен не приводит к значительному измельчению зерна. Выбор верхнего интервала скоростей нагрева обусловлен тем, что повышение скоростей нагрева выше 1000 град/с нецелесообразно, так как приводит к значительному возрастанию потребляемой мощности нагревательными устройствами без заметного эффекта па измельчению зерна.

1301855

Первая стадия охлаждения (подстуживание в межкристаллическую область (Аг -Ar,)поверхности металла) обеспечивает образование на поверхности заготовки пластифицированного слоя, получаемого в результате выделения по границам зерен избыточнбго феррита, присутствие которого облегчает холодную деформацию (калибровку и высадку) и, как следствие, увеличи- 10 вает точность изготовления крепежа.

Выбор скоростей охлаждения всего изделия после подстуживания обусловлен необходимостью получения трубуемого комплекса свойств на конечном размере, а также повышением технологичности процесса изготовления болтов. Поскольку мартенситная структура затрудняет холодную пластическую деформацию и приводит к значительно- 20 му износу инструмента, необходимо избе. жать получение ее после ускоренного охлаждения. Скорость охлаждения 100150 град/с обеспечивает структуру, характеризующуюся мелким зерном феррита, наличием продуктов промежуточного распада аустенита, мелкодисперсным цементитом, равномерно распределенным по телу ферритных зерен. Такая структура обеспечивает оптимальный З0 комплекс свойств перед деформацией, высокую прочность, максимальную вязкость и хладостойкость, пластичность при этом остается удовлетворительной для осуществления последующей холод- 35 ной пластической деформации.

Увеличение скорости охлаждения более i50 град/с снижает пластичность и вязкость металла, приводит к значиЪ тельному повышению усилий холодной 40 деформации и ограничивает сортамент болтов, которые можно изготовить указанным способом.

Скорость менее -100 град/с снижает 45 вязкость и хладостойкость, не обеспечивает требуемый комплекс свойств и термическую стабильность получаемых свойств.

В отличие от известного предлагаемый способ предусматривает отпуск готовых болтов после холодной высадки. Стабилизирующий отпуск проводито ся при 200-600 С в атмосфере, обеспечивающей получение на поверхности изделия антикоррозионной пленки. Отпуск готовых болтов после холодной высадки стабилизирует структуру, уменьшает плотность дефектов кристаллического строения, значительно снижает— уровень остаточных напряжений, повышает пластичность и вязкость, прочностные свойства при этом сохраняются на необходимом достаточно высоком уровне.

Предлагаемые пределы температур отпуска обеспечивают более высокую прочность при достигнутом уровне вязкости без снижения технологичности, а также повышение вязкости при сохранении эффекта упрочнения, поэтому, если болты эксплуатируются при комнатной температуре, отпуск болтов можно провоцить при низких температу. рах, поскольку величина ударной вязкости не имеет решающего значения.

В случае, когда болты применяются в конструкциях, работающих в условиях низких температур, отпуск следует проводить при более высоких температурах. Верхняя температура отпуска фактически ограничивается температурой рекристаллизации изделия, полученного по предлагаемой схеме.

Тип среды, в которой проводится стабилизирующий отпуск, также влияет на температуру отпуска. В случае, если отпуск проводят в среде перегретого пара (с целью получения на поверхности тонкой антикоррозионной окисной пленки температура отпуска

500-550 С. Использование в качестве

1 способа антикоррозионной защиты воро нения предполагает проведение отпуо ска при 400-500 С. Снижение температуры стабилизирующего отпуска ниже а

200 С нецелесообразно, поскольку-, как уже указывалось, напряжение в этом случае практически не снимается.

Повышение температуры отпуска выше о

600 С приводит к заметному снижению прочностных характеристик болтов.

Формула изобретения

Способ изготовления крепежных резьбовых изделий из низкоуглеродистой стали, включающий нагрев заготовки, ускоренное охлаждение из аустенитной области, отпуск, калибровку и холодную пластическую деформацию для получения резьбового изделия, о т л ич а ю шийся тем, что, с целью повышения прочности, вязкости, хладостойкости и коррозионной стойкости крепежных изделий и повышения технологичности их изготовления, нагрев осуществляют со скоростью 5001301855

Таблица 1

Марки стали

Содержание элементов,7

7 ((1

S Р

0,07

Следы 0,35

0,010 0,032

10 кп

0,58

0,020

0,020

О, 15

Т а б л и ц а 2

Марка стали

Способ обработки бэ, МПа

Размер болта

20 16,0 630-780 19-25 . 54-69 М12х65

20 19,0 620-760 16-24 60-67

Известный

4Предлагаемый

Отпуск в атмосфере перегретого пара 10 кп

20 13 30 700-770 20-23 80-83

13,30 554-600 16-18 63-65

То же кроме нагр — 400 град/с

20 13,30

V нссгр.

1100 rрад/с

20 1Зь30

То же кроме

V =ЗО град/с

20 13,30 620-650 17-20 58-70

То же кроме

Vz„„ =170 град/c

20 13,30 750-795 14-18 51-56

То же кроме

Т A о* с x y ж

9000С

20 13, 30 710-780 12-16 48-56

То же кроме

noдст >к

700 0

20 13, 30 685-748 14-19 51-58

1000 град/с, ускоренное охлаждение проводят сначала поверхности заготовки на глубину, =оответствующую глу бине резьбы, до температуры в межкритической области (Аг -Ar, ) при сохра-нении остальной части заготовки в аустенитном состоянии, затем всей заготовки до комнатной температуры со скоростью 100-150 град/с, а отпуск изделия проводят после холодной плао стической деформации при 200-600 С в активной окисляющей атмосфере.

1301855

Размер болта в

ИПа

Иарка стали

И12х65

20

KCV Щ ж/м бв, ИПа

Известный

0,22

0,32

0,51

0,583

0,63

0,80

0,73

1,02

1,15

0,39

0,58

0,71

990-1020

0,59

0,68

0,75

1000-1050

0,44

0,32

0,63

900-985

0,21

0,29, 0,44

1 100-1 1 50

955-993

0,48

0,25

900-970

0,59

0,42

0,31

Способ обработки

То же кроме

Т от»

150 С

То же, кроме

Т отн

700 С

Способ обработки

Предлагаемый

„Ф .Отпуск в атмосфере перегретого пара 10 кп

То же кроме нотр

4UU град/с

Чноср.

1100 град/с

То же кроме

17о„„ =80 град/с

То же кроме

V » = 1 70 град/c

То же кроме

TAoJ,сто

900 С

То же кроме

Т подствФ

700 С

909-993

909-1033

1020-1080

722-760

Продолжение табл. 2

Продолжение табл.2

+20 С -20 С -40 С

Продолжение табл.2

KCV, МДж/м

Способ обработки

+20 С -20 С -40 С

0,65

0i37

0,5!

1000-1100

915-963

0,41

0,79

0 58

% о, о нагр = 950 Се Чнагр = 700 град/с; Тдадсту = 730 40 С; V„= 140 градус калибровка 14-- 13,30 мм, х/высадка болтов, То = 400 С, р

Составитель В. Китайский

Техред Л.Сердюкова Редактор С. Пекарь

Корректор И. Эрдейи

Заказ 1193/27 Тираж 550 о

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

Подписное

Производственно-полиграфическое предприятие, r. Ужгород, ул. Проектная, 4

То же кроме

Т ото

150 С

То же, кроме

Т ать

700 С!

á, ИПа