Способ термообработки изделий

 

Использование: изобретение относится к металлургии, в частности к способам скоростной закалки нержавеющих сталей с 13% хрома. Сущность: сталь 20X13 подвергают скоростному нагреву, охлаждению и низкотемпературному отпуску, при этом скоростной нагрев ведут до температуры Асз+(370-450)0С, а перед ним проводят улучшение В результате термообработки по предложенному способу существенно повышаются комплекс механических и эксплуатационных свойств нержавеющих сталей, долговечность деталей, экономятся легированные стали. 1 з п. ф-лы, 1 табл.

союз советских социАлистичЕских

РЕСПУБЛИК (я)5 С 21 D 1/42, 6/00

ГОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНОЕ

ВЕДОМСТВО СССР (ГОСПАТЕНТ СССР) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К ПАТЕНТУ (21) 4886915/02 (22) 04.12.91 (46) 15.12.92, Бюл. N 46 (71) Мариупольский металлургический институт (72) А.П,Чейлях и Л,С,Малинов (73) Мариупольский металлургический институт (56) Гуляев А.Г, Термическая обработка стали, М,: Машгиз, 60, 426.

Авторское свидетельство СССР

N . 1014925, кл, С 21 D 1/09, 1981, Акулина Г.А. и др. — Станки и инструмент. М.: 1985, N. 6, с. 27-29, (54) СПОСОБ ТЕРМИЧЕСКОЙ ОБРАБОТКИ

ИЗДЕЛИЙ

Изобретение относится к металлургии, в частности к способам скоростной закалки нержавеющих сталей.

Известны способы термообработки сталей с нагревом под закалку токами высокой частоты (ТВЧ). В известных способах скоростной индукционный нагрев осуществляют со скоростями 150-500 С/с обычно на 100150 С выше оптимальных температур при обычном печном нагреве, В результате такой обработки увеличиваются ударная вязкость, твердость и усталостная прочность конструкционных сталей. Вместе с тем, известные способы скоростной закалки ТВЧ как правило не обеспеч вают сквозной прогрев деталей и не позволяют при используемых параметрах нагрева одновременно повышать прочностные, пластические свойства, ударную вязкость и износостойкость сталей.

Известен способ термической обработки стальных деталей высокой точности. за„„5U„„1782243 АЗ (57) Использование: изобретение относится к металлургии, в частности к способам скоростной закалки нержавеющих сталей с

13% хрома. Сущность: сталь 20Х13 подвергают скоростному нагреву, охлаждению и низкотемпературному отпуску, при этом скоростной нагрев ведут до-температуры

Асэ+(370-450) С, а перед ним проводят улучшение, В результате термообработки по предложенному способу существенно повышаются комплекс механических и «эксплуатационных свойств нержавеющих сталей, долговечность деталей, экономятся легированные стали. 1 з,п, ф-лы, 1 табл, ключающийся в проведении предварительной термообработки на троостит или сорбит и последующего лазерного облучения рабочих поверхностей деталей. Недостатками известного способаявляются малая глубина .упрочненной эоны (0,75 мм) и невозможность повышения комплекса механических свойств.

Наиболее близким техническим решением, выбранным в качестве прототипа является способ лазерной закалки заключающийся в проведении предварительной термообработки (закалки и отпуске

300-600 С) и лазерной закалки поверхностного слоя детали, Недостатками известйого способа являются невозможность повышения комплекса механических свойств(прочности, пластичности, вязкости, износостойкости) в объеме детали и малая глубина упрочиенной зоны (не более 1,05 мм).

1782243

Целью предложенного способа является повышение механических свойств изделий.

Указанная цель достигается тем, что в предложенном способе термической обработки изделий преимущественно из нержавеющих сталей, включающем улучшение, скоростной нагрев и охлаждение, скоростной нагрев ведут до Асз+(370-450) С, а затем йроводят низкотемпературный отпуск.

При этом осуществляют объемный скоростной нагрев детали.

При последую@ем скоростном нагреве

ТВЧ обеспечивается объемный (сквозной) прогрев испытываемых образцов. Более высокая температура скоростного нагрева

Асз+(370-450 С), чем в известных способах, но отсутствие выдержки, с одной стороны, исключает полное растворение карбидов и гомогенизацию аустенита, (хотя все известные способы закалки г1редусматривают вы-" равнивание химсостава аустенита) с другой стороны, обеспечиваются достаточное растворение в аустените углерода и хрома и йеобходимое упрочнение мартенсита. B результате при закалке по предложенному способу сохрайяется мелкозернистая структура, образуется тетерогенная дисперсная смесь мартенсита, карбидов и повышенное количество (18-20,) метастабильного остаточного аустенита, равномерно распределенного в структуре. Присутствие последнего наряду с другими структурными факторами и обусловливает одновременное повышение комплекса механических свойств, т,к. при деформации в процессе испытаний или при эксплуатации он претерпевает превращение в мартенсит. Это сопровождается дополнительным самоупрочнением и, одновременно, релаксацией микронапряжений, что и вызывает одйбвременное "йовы"шейие 6рочйостных, пластйческих свойств, ударной вязкости и износостойкости сталей, Скоростной объемный нагрев в предложенном способе осуществляют индукционным методом токами высокой частоты в одинаковых условиях со скоростями в интервале 200-50 С/с, т.к. начальная скорость по мере нагрева резко уменьшается при переходе стали из ферромагнитного в парамагнитное состояние при температуре

«768 C, =

Нагрев сталей до температур меньших

Асз+370 С с указанными скоростями не обеспечивает достаточное насыщение аустенита углеродом и хромом, вследствие чего образуется низкоуглеродистый мартенсит пониженной твердости и недостаточное количество (или отсутствие) метастабильного

15 ферритной матрице. В. процессе скоростного нагрева в указанных условиях феррит, превращается в аустенит и, вследствие отсутствия выдержки растворение карбидов

20 лишь начинается, но не завершается по

25 I o аустенита с мелким зерном, что и позволяет реализовать цель изобретения. Другие исходные структурные состояния не обеспе-

35

40 испытаний из стали 20Х13 (разрывные гагаринские, ударные сечением 10х10 мм с U-образным надрезом, на кручение диаметром рабочей части 6 мм) предварительно подвергали улучшению (закалка с 1050 С и от45 пуск при температуре 720 С), После этого по

55

10 остаточного аустенита. В результате не обеспечивается повышение прочностных

СВОЙСТВ.

Скоростной нагрев до температур больших Асз+450 С с указанной скоростью вызывает почти полное растворение карбидов в аустените, быстрый рост аустенитного зерна и даже оплавление, что снижает все механические характеристики сталей..

Для получения указанного выше структурного состояния и достижения цели изобретения перед скоростной закалкой проводят улучшение, обеспечивающее формирование структуры сорбит отпуска с равномерным распределением карбидов в окончании нагрева, В результате образуется гетерогенная дисперсная смесь мартенсита, полностью нерастворенных карбидов и равномерно распределенного остаточночивают формирование описанных выше структур при последующей скоростной закалки ТВЧ и не реализует цели изобретения.

Низкотемпературный отпуск проводится для уменьшения внутренних напряжений, стабилизации до определенного уровня остаточного аустенита и повышения пластичности сталей.

Предложенный способ термообработки нержавеющих сталей опробован в произ- . водственных условиях ПО "Азовмаш". Стандартные образцы для механических одному образцу помещали в кольцевой одновинтовый индуктор диаметром 100 мм симметрично относительно плоскости индуктора, обеспечивая при этом их осевое расположение, Скоростной объемный равномерный нагрев всего образца осуществляли токами высокой частоты от лампового генератора ЛЗ-207 с параметрами работы: анодный ток 7 А, частота тока 60 Гц, напряжение нэ контуре 6 кВ, мощность контура

200 кВт, скорость нагрева составляла 20050 С/с. Время нагрева изменяли от 15 до

19.5 с, а температуру соответственно варьировали от 1000 до 1450 С, По истечении заданного времени нагрева образцы охлаж1782243

Условия нагрева

Механические свойства и ик енин

Ударная вязкость

KcU, МДят ма

Отнес. износостойк..

E п и нни

Время. с тампЕВОатУра. с то.зМПа сО„т .МПа т, МПа

15 и

18 (оптим,) 19

19.5

11 по прототипу

Нагрев в

0.9 2.96 1.О 6,0

Да+200

Д а+370

1350

1З90

87О

900

154О

1630

14

59

14 зэ

1ЗЗО доз+420 доз+450 дсЗ+500

164О

1610 !

400

1,6

0.9

0.2

6.85

6,2

5,5

118О

14

14

1О

1ОЗО

820

4О

34

47

47

31 йсз+ 120

1070

8го

О,8

64О

980

1410

1гоо

5,4

815

1345 Улаяний Е.тч. Коррозионностойкие стали и сплавй.-М.: МетаитУрвйв. 1980, с. 47 ..Составитель А.Чейлях

Техред M.Ìîðãåíòàë

Корректор С,Пекарь

Редактор

Заказ 4288 Тираж Подписное

ВНИИПИ 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 дали в масле, после чего проводили низкотемпературный отпуск при температурах

200-250 С. Испытания механических свойств сталей после термообработки по и редложен ному и известному способам проводили в лабораторных условиях Мариупольского металлургического института.

Испытания на растяжение осуществляли на разрывной машине Р-4, на кручение — на машине КМ-50-1, на ударную вязкость — на маятниковом копре МК-ЗО, на износ — на машине МИ-1М.

Результаты механических свойств йриведены в таблице.

Из таблицы следует, что после термообработки по предложенному способу со скоростным нагревом до оптимальных температур Асэ+(370-450 С) прочностные (Uа, Га,г, r«, rP,3, ПЛаСтИЧЕСКИЕ (д,7„Р, g) характеристики, ударная вязкость и износостойкость значительно выше, чем после ско. ростной закалки по способу прототипа. а также чем после обычной закалки с нагревом в печи.

Эффективность предложенного спосо5 ба заключается в существенном повышении комплекса механических и эксплуатационных свойств, долговечности деталей и зкономии легированных сталей.

10 Формула изобретения

1, Способ термической обработки изделий, преимущественно из нержавеющих сталей, включающий улучшение, скоростной нагрев, охлаждение, о т л и-.

15 ч а ю шийся тем, что, с целью повышения механических свойств изделий, скоростной нагрев ведут до Асэ+(370-450) С, а затем . проводят низкотемпературный отпуск;

2. Способ по и, 1, отличающийся

20 тем, что осуществляют объемный скоростной нагрев детали.