Способ обработки стальных заготовок

 

Изобретение относится к области термической обработки стальных заготовок. Целью изобретения является . снижение энергетических затрат. Обработку проводят на заготовках из стали Р6М5 диаметром 100 мм двухступенчатым нагревом с выдержками сначала при температуре выше Ас,, а потом - ниже Ас,, причем после первого нагрева осуществляют поверхностное охлаждение заготовок в интервал температур Мц - температура изотермической выдержки при втором нагреве со скоростью не ниже критической и не меньше 2-5 К/с. Кроме того, длительность выдержки при втором нагреве ниже Ас, сокращают до 20-30% по сравнению с нормативной, а окончательное охлаждение проводят на воздухе. 1 з.п. ф-лы, I табл. (Л

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СООИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУ БЛИН

А1 (50 4 С 21 D 1/32

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

00 ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И OTKPblTI41 (21) 4032971/31-02 (22) 22.12.85 (46) 15.03.88. Бюл. Ф 10 (71) Куйбышевский политехнический институт им. В. В. Куйбышева (72) М. С. Кенис, Б. Ф. Трахтенберг, Т. М. Пугачева, Л. В. Трошина, П. Г. Чечушкин, У. И. Гессер, Ю. В, Русаков и А. С. Костин (53) 621.785.79(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

В 943300, кл. С 21 D 1/02, 1980. (54) СПОСОБ ОБРАБОТКИ СТАЛЬНЫХ ЗАГОТОВОК (57) Изобретение относится к облас ти термической обработки стальных заготовок. Целью изобретения явля„„SU„„1381172 ется. снижение энергетических затрат, Обработку проводят на заготовках иэ стали Р6М5 диаметром 100 мм двухступенчатым нагревом с выдержками сначала при температуре выше Ас,, а потом " ниже Ас,, причем после первого нагрева осуществляют поверхностное охлаждение заготовок в интервал температур М„ " температура иэотермической выдержки при втором нагреве со скоростью не ниже критической и не меньше 2-5 К/с. Кроме того, длительность выдержки при втором нагреве ниже Ас, сокращают до

20-ЗОХ по сравнению с нормативной, а окончательное охлаждение проводят на воздухе. 1 э.п. ф-лы, l табл.

1381172

15

25

35

45

55

Изобретение относится к термической обработке стальных заготовок.

Цель изобретения — снижение энергетических затрат.

Проводится двухступенчатая обработка. На первой высокотемператур" ной (Т, выше Ас,) ступени осуществляют перекристаллиэацию стали, сопровождающуюся измельчением размера зерна с сохранением нерастворенной части карбидов, чтобы впоследствии получить структуру зернистого перлита и не вызвать выделение карбидов в виде сетки.

Последующее поверхностное охлаждение проводят до температур в интервале М „ " температура иэотермической выдержки для переохлаждения аустенита. Более низкие температуры недопустимы в связи с началом мартенситного превращения, а более высокие не создают предпосылок для ускорения распада при иэотермической выдержке. Охлаждение проводят со скоростью не меньше критической, чтобы создать по сечению заготовки возможно больший градиент температур и напряжений и предупредить выравнивание температуры по объему заготовки в процессе охлаждения. Ох" лаждение после первого нагрева осуществляют с помощью вентилятора водовоэдушной смесью путем прерванно" го охлаждения в жидкую среду для высоколегированных сталей, характеризующихся низкой теплопроводностью (особенно для крупногабаритных заготовок) на воздухе со скоростью 25 К/мин, При таком охлаждении в заготовке возникает температурное поле, характеризующееся равенством средне" массовой температуры уровню температур, при котором проводится последующая изотермическая выдержка.

При прерывании охлаждения (оптимально в момент, когда Т, Т„) заготовки помещают в нагревательное устройство и осуществляют изотермическую выдержку при температуре Т„ (650-750 С). Достижение этой температуры происходит эа счет тепла, аккумулированного в центральных слоях заготовки и, соответственно, не требует дополнительных затрат энергии.

Кроме гого, эа счет градиентного охлаждения форсируются процессы распада аустенита и коагуляции карбидных частиц на второй ступени обра" ботки ° Это ускорение связано как с более быстрым достижением температур иэотермической выдержки в процессе выравнивания температуры по объему заготовки (по сравнению с нагревом полностью охлаждаемой заготовки), так и с тем, что переохлажденный аустенит при последующем нагреве склонен к более быстрому распаду эа счет формирования в те" чение инкубационного периода при температуре охлаждения большего числа предцентров выделения новой фазы, а также эа счет повышения уровня дефектов кристаллической решетки (в частности, вакансий) и формирования определенного поля напряжений (особенно при ускоренном охлаждении).

Вместе с тем переохлаждение улучшает теплоотвод от растущей фазы на матрицу, так как превращение аус" тенит — перлит идет с выделением тепла.

Ускорение распада аустенита при градиентном ускоренном охлаждении характерно не только для переохлажденных поверхностных слоев, но и для центральной зоны, Это связано более реэким снижением температуры центральных слоев при форсированном охлаждении, что уменьшает процессы релаксации напряжений вокруг возникающих зародышей новой фазы, кроме того, создается благоприятное поле напряжений для распада аустенита.

При ускоренном охлаждении на поверхности формируются растягивающие напряжения, а в центральной зоне сжимающие.

Причем чем резче охлаждение, тем достигаются большие значения напряжений, Повышение легированности стали эа счет снижения теплопроводности достигается в том же направлении, При достижении пиковыми напряжениями значений предела текучести материала происходит пластическая деформация, и общий уровень напряжений снижается. При этом растягивающие напряжения сохраняются в поверхностной зоне, а сжимающие — в центральной, При посадке заготовок в нагревательное устройство для изотермического распада уровень растягивающих напряжений на поверхнос1381172 воздухе. ти и сжимающих в центре снижается еще больше ° Pacтягиваюшие напряжения (согласно принципу Ле-Шателье) активируют и превращение аустенита в перлит, которое идет с увеличением объема. Соответственно ускоряет" ся процесс распада в поверхностном слое. В свою очередь в центральной зоне под действием сжимающих напряжений происходит преимущественное перераспределение углерода и легирующих элементов к дефектам в кристаллической решетке, формируя тем самым будущие центры распада. После протекания фазового превращения в определенном объеме поверхностной эоны (вследствие увеличения объема этик слоев) происходит смена знака напряжений, В результате в цент" ральной зоне, где уже сформировались активные предцентры роста новой фазы, появляется растягиваюшее напряжение. Это приводит к резкой

1 интенсификации превращения аустенита в перлит и в .центральной зоне.

Таким образом, предлагаемый режим обработки с градиентным (поверхност" ным) охлаждением после первого нагрева обеспечивает повышение скорости распада аустенита (до 20-307) при изотермической выдержке при температуре T что позволяет осуществить сокращение длительности выдерж" ки (до 20-307.) с сокращением получаемой твердости на прежнем уровне.

Вместе с тем формирование больmoro числа центров и ускорение процессов распада обеспечивает повыше" ние однородности структуры и уменьшение разброса по твердости. Это в свою очередь создает предпосылки для ускоренного охлаждения заготовок (например, на воздухе или в масле) непосредственно с температуры второго нагрева вместо теплового сначала с печью (до 500 С), затем на

Пример, На основе изложенных принципов проведена термическая обработка цилиндрических заготовок из стали Р6М5 диаметром 100 мм.

Сравнительные данные по получаемой твердости и длительности (6) отдельных операций предлагаемой обработки приведены в таблице. Температуру поверхности и центра измеряли термопарами, среднемассовую температуру

55 подсчитывали. Окончательное охлаждение проводили на воздухе.

Скорость охлаждения после первого нагрева должна быть не ниже критической, чтобы предотвратить распад по перлитному механизму в процессе охлаждения, и не менее 25 К/с, чтобы сформировать повышенный градиент температур по сечению заготовки, обеспечивающий интенсифи,кацию процессов превращения при нагреве на второй стадии.

Снижение скорости охлаждения (по сравнению с рекомендуемой) после о первой стадии нагрева до Т, =850 С (режим 2) приводит к большому выравниванию температуры по сечению и снижению переохлаждения поверхности заготовки. Соответственно пони" жается эффект интенсификации процессов на второй стадии отжига (выдержка ниже А „,) от градиентного охлаждения на первой стадии. Увеличение скорости охлаждения усиливает выявленный эффект (длительность вто рой стадии сокращается) и поэтому является допустимым. Однако диспер" сия по твердости увеличивается ° Это связано с некоторым уменьшением глу" бины переохлажденного слоя. Для получения более однородной твердости и минимизации времени отжига целесообразно проводить охлаждение со скоростью не ниже 2"5 К/с.

Ф о р м у л а и "- о б р е т е н и я

1. Способ обработки стальных заготовок, включающий нагрев выше Ас,, выдержку, охлаждение со скоростью выше критической до температур выше М„, нагрев до температуры ниже

Ас,, изотермическую выдержку для распада аустенита и окончательное охлаждение, отличающийся тем, что, с целью снижения энергетических затрат, после нагрева заготовки выше Ас, ведут охлаждение только поверхности заготовки до M „ — температура изотермическай выдержки в течение времени, необходимого для достижения среднемассовой температуры, равной температуре изотермической выдержки, и проводят выдержку для выравнивания температуры по сечению, 2. Способ по по. 1, о т л и ч а ю шийся тем, что окончательное охлаждение проводят на воздухе.

1381172

Сравнительные данные по длительности (i) термической обработки, твердости и энергетическим эатратам

Параметры оклалщения

Ф о

6l

О

Ф ш! и о х х

О.

Ф о х о

В:(cd

Ф

О

Ь с4 х о ч

» с м о

Е» и м о о, е о х х

u v с»

N сч о,o

C o

1 210

2 210 520 805 740 285 2,8 2 3

0,3 8 1

3 210 710 765 742 54

0,8 4

4 210 453 810 748 397 8

Составитель А. Орешкина

Техред М.Дидык КорректоР М. Макснмишинец

Редактор М. Петрова

Закаэ 1165/28 Тирам 545 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам иэобретений и открытий

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

Проиэводственно"полиграфическое предприятие, г. Узгород, ул. Проектная, 4

И

o. u що цо х со

I хо с6 00

Ф

Э 6 а

4 &. ш х х х

9 с х

i» о х х

Э о ш о е о х

A х о ш х

6) х х о о, в хи оо

I о

c + л

50 260 535 250" 300 325000

260 475 240"260

180 395 260"270

260 479 250-300

75 390 250-290