Способ химико-термической обработки стальных изделий

 

Изобретение относится к металлургии , в частности к химико-термической обработке, и может быть использовано в машиностроении для поверхностного упрочнения деталей ма шин, работающих в условиях износа и 2 знакопеременных нагрузок. Цель изобретения - повышение механических свойств сердцевины и микротвердости поверхности изделий за счет измель - чения зерна и уменьшения содержания остаточного аустенита. В способе включающем цементацию в процессе термоциклирования и термоциклировакие перед окончательной закалкой с температурой верхней границы цитирования 860-900°С в течение первых двух циклов и 800-820ЙС в течение последнего цикла с охлаждением между циклами до Аг , нижнюю границу циклирования перед закалкой от цикла к циклу повышают на 2-4% относительно критической точки Аг, . Применение способа позволяет повысить в 1,3-1,4 раза механические свойства сердцевины детали и микротвердость поверхности в 1,14-1,2 раза. 2 табл. у (/ С

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИК

1У) 5 С 23 С 8/20

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОЖРИТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР (21) 4622059/02 (22) 02.11.88 (46) 07,01.91. Бюл. Р 1 (71) Московский вечерний металлургический институт (72) Ю.А.Башнин, Л,А,Лисицкая, А.Ю.Башнин, Л,П.Французова, Л,M.Ñåìåнова, С.В.Семенов и В,П,Трифонов (53) 621.78.062 (088,8) (56) Тихонов А.С. и др, Термоцик— лическая обработка сталей, сплавов и композиционных материалов, — М.:

Наука, 1984, с, 158. (54) СПОСОБ ХИМИКО-ТЕРМИЧЕСКОЙ ОБРАВ0ТКН СТАЛЬНЫХ ИЗДЕЛИЙ (57) Изобретение относится к металлургии, в частности к химико-термической обработке, и может быть использовано в машиностроении для поверхностного упрочнения деталей ма шин, работающих в условиях износа и

Изобретение относится к металлургии, в .частности к химико-термической обработке стали, и может быть использовано в мапиностроении цля IIQ верхностного упрочнения деталей машин, работающих в условиях износа и знакопеременных нагрузок.

Целью изобретения является повышение механических свойств сердцевины и микротвердости поверхности изделий эа счет измельчения зерна и уменьшения содержания остаточного аустенита, Согласно способу химико-термической обработки стальных изделий, вклю„„SUÄÄ 1618780

2 знакопеременных нагрузок. Цель изобретения — повып.ение механических свойств сердцевины и микротвердости поверхности изделий за счет измель = чения зерна и уменьшения содержания остаточного аустенита. В способе включающем цементацию в процессе термоциклирования и термоциклирование перед окончательной закалкой с

=емпературой верхней границы циклировання 860-900 С в течение первых двух циклов и 800-8?О С в течение последнего цикла с охлажцением между циклами до Ar< 10-20 С, нижнюю rpaницу циклирования перед закалкой от цикла к циклу повышают на 2-4% отно †сительно критической точки Аг, . Применение способа позволяет повысить в 1,3-1,4 раза механические свойства сердцевины детали и микротвердость поверхности в 1,14- 1,2 раза. 2 табл. ающему цементацию в процессе термо- Q циклирования и термоциклирование перед окончательной закалкой и темпе- Q ратурой верхней границы циклирования 860-903, С в течечие первых двух циклов и 800-820 С в течение послед-. него цикла с охлаждением между цико лами до Аг 10 — 20 С, нижнюю границу циклирования перед закалкой от цик- 3 ла к циклу повышают на 2-47 относительно критической точки Ar, Изменение критической точки Аг» при ТЦО приведено в табл.1.

Как показали исследования стали

20 ХН3А, при термопиклировании су1618780 щественно изменяется критическая точка Аг (табл. 1): при циклировании перед закалкой с температурой верхней границы первого и второго цик-. лов 880 С и третьего 820 С критичесо о 5 кая точка Ar монотонно повышается в среднем на 2-47 от 580 до 633 С. .Проведение ТЦО при неизменной температуре нижней границы цикла приводит к увеличению степени фазового наклепа от цикла к циклу, что снижает температуру первичной рекристаллизации и способствует протеканию соби рательной рекристаллизации, которая приводит. к росту зерна аустенита сердцевины изделий и к увеличению количества остаточного аустенита в це- ментованном слое, Предлагаемая обработка уменьшает степень наклепа как в сердцевине, так и в поверхностном слое и смещает температурный порог рекристаллиэации в область температур более высоких, чем

Т, сохраняя наклеп, что обеспечива- 25 ет сохранение мелкого нерекристаллизованного зерна аустенита. Сохранение наклепа в поверхностном слое способст вует снижению количества осТаточного аустенита, 30

Анализ. предлагаемого способа показал, что проведение термоциклирования перед закалкой, с монотонно на

2-4Ж повышающейся нижней температурой цикла измельчает зерно за счет дополнительной перекристаллизации, создает определенную степень неоднородности аустенита эа счет наличия дос- таточно дисперсной второй фазы, что

1 и способствует его быстрому распаду: 40 при охлаждении во время данного тер-. моциклирования и окончательному его распаду при закалке, Целесообразность выбранной температуры нижней границы циклирования, которая повышается от цикла к . циклу на 2-4Х относительно Ar> объяс-,. няется необходимостью снижения уровня напряжений, что обеспечивает умень, 50 шение степени наклепа и смещает,тем- пературный порог рекристаллиэации в

1 область более высоких температур, предотвращая тем самым в заданном интервале термоциклирования протека-1 ние рекристаллиэационных процессов, обеспечивая тем самым получение мелкого наклепанного зерна аустенита с обладающей низкой устойчивостью и способствует уменьшению его количества при последующем охлаждении.

Изменение нижней границы циклирования выше верхнего предела до 5Х приводит к росту зерна аустенита и снижение намагниченности насыщения, в результате того, что в этом случае не протекает полная фаэовая пе- . рекристаллизация при охлаждении.

Изменение нижней границы циклирования ниже нижнего предела на 17 приводит к некоторому снижению намагниченность насыщения и росту аустенитного зерна в результате повышения степени наклепа и снижения температуры рекристаллизации аустенита в область температур термоциклирования.

Способ осуществляют следующим образом.

Образцы из стали 20ХНЗА и 90ХНЗА подвергают термоциклической обработке в камерной электрической печи типа СШОЛ. Проводят 3 цикла. Температура верхней границы 960ОС, вьдержка

1 ч. Температура нижней границы циклирования 560ОС, вьдержка 20 мин.

Такая предварительная обработка для образцов стали 20ХНЗА имитирует те изменения структуры, которые цолжны произойти в сердцевине, а для образцов стали 90ХНЗА - поверхностном слое деталей при ХТЦО. Она обеспечивала определенную степень диффузионного насыщения и вместе с тем приводила к росту зерна аустенита как в поверхностном слое (образцы стали

90ХНЗА), так и в сердцевине (образцы стали 20ХНЗА), и к увеличению количества остаточного аустенита в поверхностном слое изделий.

Примеры 1 и 5. Образцы иэ стали 20ХНЗА и 90ХНЗА подвергают термоциклической .обработке в камерной электрической печи типа СШОЛ по предлагаемому способу. Проводят 3 цикла, температура верхней границы 960 С, выдержка при этой температуре 1 ч, температура нижней границы циклирования 560.С, выдержка 20 мин. После о достижения температуры 560 С в треть-. о .ем цикле (предварительная обработка) образцы нагревают до 880 С и охлаждают до 595 С, затем нагревают до 880% и охлаждают до 605 С затем нагревают до 820 С и охлаждают до 615 С. После этого образцы нагревают до температуры закалки 800-820 С, выдерживают д

1618780

Таблица 1

Ar С, при термоциклировании с температурой верхней границы цикла, С, после циклов о

Ar. С после выдержки

20 мин при 960 С

Марка стали

t Г первого второго третьего

20ХЙЗА

90ХНЗА

605 625 633

643 643 643

643

П р и м е ч а н и е, Температура нижней границы цикла 400 С.

Чтя. 0,5. град/с

V ggpp О, град/c

5 .20 мин и охлаждают в масле. Повышение температуры нижней границы циклирования составляет 2Х от температуры Ar .

Пример ы 2 и 6. Обработку проводят как в примерах 1 и 5, но температуру нижней границы циклирования перед закалкой повышают íà 4Х от Ar, которая составляет соответственно 603, 615 и 625 С в первом, втором и третьем циклах.

Пример ы 3 и 7. Образцы из стали 20ХНЗА и 95ХНЗА подвергают термоциклической обработке по известному способу. Проводят 3 цикла, как указано в примерах 1 и 5. Температура нижней границы циклирования перед закалкой постоянная и :составляет 560 С. После этого образцы о нагревают до температуры закалки

800-820ОС, выдерживают 20 мин и охлаждают в масле.

Пример ы 4 и 8. Образцы из стали 20ХНЗА и 95ХНЗА подвергают термоциклической обработке по известному способу. Проводят 3 цикла, как указано в примерах 1 и 5, затем образцы нагревают под закалку до 800820 С, выдерживают 20 мин и охлаж.дают в масле.

Результаты исследований предлагаемого и известного способов приведены в табл.2, Как видно из табл,2, предлагаемый способ цементации стальных иэделий по сравнению с известным позволяет уменьшить величину зерна от

3-4 до 9-10 балла и увеличить намагниченность насыщения от 1,12 до

1,91 Тл, что свидетельствует о снижении количества остаточного аустенита в поверхностном слое. Механические свойства сердцевины детали при этом повышаются в 1,3-1,4 раза, а микротвердость поверхности — в 1,141,2 раза. l5

Формула изобретения

Способ химико-термической обработки стальных изделий, включающий це20 ментацию в процессе термоциклирования и термоциклирование перед окончательной закалкой с температурой верхней границы циклирования 860—

900 С в течение первых двух циклов

25 и 800-820 С в течение последнего цикла с охлаждением между циклами до

Ar1 10-20 С, отличающийся тем, что, с целью повышения механических свойств сердцевины и микротвердости поверхности изделий за счет измельчения зерна и уменьшения содержания остаточного аустенита, нижнюю границу циклирования перед закалкой от цикла к циклу повышают на 2-4Х относительно критической .точки Ar .

1618780

Т ° бли па 2

Пиклироваиие под закалку (закалка 820 С) Способ

Нагинтиа мицуи» пиа °

Тл

Нарва стали

Повюю вве вей нилы цикл нвиеские свойства серлцевивы кротверстз порхвости, кг /ми

Температура верки границы, С

Число

Температура ниии грапнцм, С

НПа о 2 пик лов

t 2 3

Предлагаемый

2

Известный

4

Пр ел л аГаемый

5 б

Нзвестиьй1

20XB3A . Э 880

20ХНЗА Э 880

615 2

625 4

880 820 595 605

880 820 603 615

143 130 14,8 67,0

148 132 140 680

10

3-4

2ОХНЗА

20ХН3А

880 820 560 560

3 880

560.t08 95

102 93

10,0 58,0

l0 0 550

595 605

603 615

615 2 t ° 9 9 10

625 4 . 1,91 10

915

880 820

880 820

90ХНЗА

90ХНЗА

880

3-4

3"4

90ХН .А

90ХН ЗА

560 560

560

880 880 820

1,69

1 ° 12

802

796

Составитель Н.Рыжов

Редактор Н,Рогулич Техред М.Дидык Корректор М.Пожо

Заказ 24 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

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

Производственно-издательский комбинат "Патент", г.Ужгород, ул. Гагарина, 101