Способ термообработки изделий

 

Изобретение относится к термической обработке металлов и может быть использовано на металлургических, машиностроительных и ремонтных предприятиях при нагреве стальных изделий под закалку, нормализацию и отжиг. Цель изобретения - повышение ударной вязкости изделий за счет стабилизации мелкого зерна при аустенитизации. Образец из стали 22 К закаливают с 860°С. Затем нагревают до 520°С, выдерживают 1 ч и нагревают до 960°С с выдержкой 1 ч, охлаждают и проводят отпуск при200°С

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (я)з С 21 D 1/34

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

4 ((лЭ (лЭ ! ф

1(р > (21) 4841142/02 (22) 19.06.90 (46) 15.05.92. Бюл. N 18 (71) Донецкий политехнический институт (72) А. А. Баранов, Д, В, Кошель, Б. Е. Надворн ы и и B. Г. Л юбчен ко (53) 621,785.79(088.8) (56) Лахтин Ю, М, Основы металловедения.

М,; Металлургия, 1988, с. 319.

Авторское свидетельство СССР

N.487144,,кл. С 21 D 1/34, 1974.

Морозов О. П:, Попова Т. А. Повышение устойчивости мелкого зерна аустенита конструкционной стали при ступенчатом режиме нагрева, — Известия ВУЗов, Сер. Черная металлургия, 1989, N. 2, с. 76-81, Изобретение относится к термической обработке металлов и может быть использовано на металлургических, машиностроительных и ремонтных предприятиях при нагреве стальных изделий под закалку, нормализацию, отжиг, Известен способ повышения ударной вязкости стальных изделий путем проведения термообработки, включающей закалку и высокий отпуск.

Недостатком указанного способа является незначительное увеличение ударной вязкости вследствие роста зерен аустенита в процессе выдержки при температуре аустенитизации в сталях без специальных модифицирующих добавок.

Наиболее близок к предлагаемому способ термообработки изделий из стали, включающий закалку, ступенчатый режим

„„ 42 „„1733483 А1 (54) СПОСОБ ТЕРМООБРАБОТКИ ИЗДЕЛИЙ ИЗ СТАЛИ (57) Изобретение относится к термической обработке металлов и может быть использовано на металлургических, машиностроительных и ремонтных предприятиях при нагреве стальных изделий под закалку, нормализацию и отжиг. Цель изобретения — повышение ударной вязкости изделий эа счет стабилизации мелкого зерна при аустенитизации. Образец из стали 22 К закаливают с

860 С. Затем нагревают до 520 С, выдерживают 1 ч и нагревают до 960 С с выдержкой

1 ч, охлаждают и проводят отпуск при 200 С, последующей аустенитизации, при которой в процессе злектроконтактного нагрева до заданной температуры осуществляют предварительную выдержку при температуре Ас, + 10-50 С с последующим охлаждением.

Предварительную выдержку проводят при температуре, при которой начальный, аномально быстрый, рост зерна еще не проявляется, но в достаточно полной мере протекают процессы снятия фазового наклепа аустенита и дорастворение карбидов как центров рекристаллиэации.

Однако известный способ характеризуется недостаточной стабилизацией мелкого зерна, низкой ударной вязкостью изделий, обусловленной неэффективным сдерживанием уже начавшейся.рекристаллизации включениями иэбыточнь:х фаз (карбидов, оксидов, сульфидов и т.д,l, необходимостью

1733483 проведения предварительных экспериментов для установления температуры и длительности предварительной выдержки для наиболее распространенного в производстве печного нагрева вследствие процессов рекрлсталлизации.

Цель изобретения — повышение ударной вязкости изделий из стали за счет стабилизации мелкого зерна при аустенитизации, Поставленная цель достигается тем, что согласно известному способу термообработки изделий из стали, включающему закалку, ступенчатый нагрев после закалки до температур аустенитизации с предварительной выдержкой и охлаждение, предвалтельную выдержку осуществляют при температуре АС1 — 30-200 С, длительность которой определяют по формуле

z = rp + à d /(Dp exp I — Q/(RT ) I ) (1) где г, — время выдержки, определяемое по формуле Гуляева, т, = К К2Кз, мин;

K> — коэффициент среды;

Kz — коэффициент формы;

Кз — коэффициент укладки изделий;

r — минимальный размер максимального сечения изделия, мм; а — пересчетн ый коэффициент, а = 0.003;

d — диаметр исходного зерна, мкм;

Dp — табулированный коэффициент, см/с;

Q — энергия активации процесса диффузии, ккал/моль;

Я вЂ” газовая постоянная. ккал/моль К;

Т вЂ” температура выдержки, К, Сущность изобретения заключается в том, чтобы задержать рост зерен аустенита в сталях, выведя с помощью предлагаемых режимов термообработки частицы включений избыточных фаз на границы зерен. Таким образом затрудняется движение

-раниц, а искажение профиля границ заблокирует межзеренное скольжение. Согласно формуле Зенера диаметр зерна d связан с размерами равномерно распределенных в объеме сплава включений d< и их объемной долей f соотношением

d = Kdtf (2) где К = const.

Эта же зависимость для частиц, расположенных по границам зерен:

Г0,5 (3)

Таким образом, частицы на границах зерен эффективнее сдерживают рост зерен по сравнению с распределенными в обьеме при прочих равных условиях. Поэтому предварительную выдержку осуществляют при нагреве под аустенитизацию для перераспределения включений второй фазы и их выделения на границах зерен ма рицы. Температура предварительной выдержки во избежание начала фазового превращения

5 при колебанияхтемпературы в печахсоступенчатой регулировкой рекомендуется не выше АС1 — 30 С. Нижний предел температуры (Ac) - 200 С) предложен исходя из того, что дальнейшее понижение температуры приводит к существенному. замедлению диффузии примесных атомов

v увеличению времени выдержки, что сказывается на производительности печи, Таким образом, превышение предлагаемых температур предварительной выдержки не приводит к гарантированному повышению ударной вязкости, снижение температур ниже предлагаемых снижает производительность печи без дальнейшего повышения ударной вязкости, Время выдержки, меньшее предлагаемого не дает пройти в полной мере процессам диффузии, что снижает ударную вязкость, как и в случае продолжительных (больше предлагаемых) выдержек из-за коагуляции включений и ослабления их барьерного эффекта.

Пример, Образцы из стали 22К размерами 10х10х55 мм закаливали в воде от

860 С с выдержкой 15 мин. Затем образцы нагревали в лабораторной печи Mll-2УМ до температур предварительной выдержки Ас1-10, АС1-30. А 1-100, А,1-200 и

А<1-250 С.

Длительность выдержки соответствовала вычисленной по формуле (1), а также была больше и меньше расчетной, при

40 этом tp = 1x1x1x10 = 10 мин; К1 = 1 (газовая среда нагрева); К2 = 1 (квадратное сечение образца); Кз = (укладка с интервалом

r); г= 10 мм; а = 0,003; Dp = 0,668 см/с;

0 =34,46 ккал/моль; к=-1,987х10 ккал/моль К, Т =-1233 К; d = 35 мкм (замерен предварительнс), Таким образом, т =10+0,00335 /(0,668 ехр/-37,46!(1,98710 х х1233) ) = 65 ми н.

Кроме того, образцы из стали 22К размерами 10х10х55 мм подвергали обработке по известному способу (нагрев до 930 С, выдержка 10 мин). Результаты испытаний представлены в таблице. Как видно из таблицы, наилучшие результаты по ударной вязкости достигнуты при предлагаемых режимах (примеры 2-4). что обусловлено стабилизацией мелкозернистой структуры при аустенитизации.

1733483

Технологические параметры термообработки и результаты исследований

Составитель А. Орешкина

Техред M. Моргентал Корректор Т. Малец

Редактор А, Огар

Заказ 1640 Тираж Подписное

BHÈÈÏÈ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб„4/5

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

Формула изобретения

Способ термообработки изделий, включающий закалку, ступенчатый нагрев до температуры аустенитизации с предварительной выдержкой и охлаждением, о т л ич а ю шийся тем, что, с целью повышения ударной вязкости за счет стабилизации,мелкого зерна при аустенитизации, предварительную выдержку осу.цествляют при

А -30-200 С, длительность которой определяют по формуле т = t + а б (5o ехр — Об(RT ) 1), где > — время выдержки, определяемое по формуле Гуляева; а — пересчетный коэффициент, а = 0,003;

d — диаметр исходного зерна, мкм;

Q — энергия активации процесса диффузии, ккал/моль;

b, — табулированный коэффициент, см/с, R — газовая постоянная, ккал/моль К;

Т вЂ” температура выдержки, К.