Способ изготовления изделий из аустенитной стали

 

Использование: изобретение относится к области металлургии и позволяет резко увеличить пластичность, снизить деформирующие напряжения и исключить старение без потери служебных свойств. Сущность: способ позволяет совместить в едином цикле сверхпластическую деформацию и термическую обработку, обеспечив при этом высокую степень автоматизации процесса. Деформацию осуществляют сразу после холодной пластической деформации при температуре 850-900°С в скоростном интервале 3 10 4-5-10 3с 1. 2 ил.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

1807084 А1 (я)5 С 21 D 8/06

ГОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНОЕ

ВЕДОМСТВО СССР (ГОСПАТЕНТ СССР) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4880968/02 (22) 11.11.90 (46) 07.04,93. Бюл. hL 13 (71) Томский филиал Института структурной макрокинетики АН СССР (72) Н, К. Гальченко, Ю. М.Максимов, P.Ä. Строкатов, Н.К.Ахрамович, В.Н.Тимофеев, В.П.Самарцев, А.Г.Мержанов, Н.И.Афанасьев и В.М.Новиков (56) Банных О.А., Блинов В,M. Дисперснотвердеющие стали. — М.: Наука, 1980. С. 194.

Авторское свидетельство СССР

Рв 500868, кл. С 21 0 8/06, 1976. (54) СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ИЗДЕЛИЙ

ИЗ АУСТЕНИТНОЙ СТАЛИ

Изобретение относится к области металлургии, в частности к способам обработки металлов и сплавов давлением.

Цель изобретения — повышение технологической пластичности при формообразующей деформации путем перевода стали в сверхпластическое состояние.

Поставленная цель достигается тем, что при изготовлении иэделий из высокоазотистой стали проводят закалку на твердый раствор, холодную пластическую деформацию с обжатием 50, после которой осущестВляат формообразующую деформацию при температуре 850-900 С в скоростном интервале 3 10 — 5.10 з с 1.

Холодная пластическая деформация и последующая формообразующая деформацйя в температурном интервале 850-900 С в условиях действующих напряжений обеспечивает быстрое образование структуры типа мйкродуплекс. Сформировавшаяся ультрадисперсная структура с размером порядка одного микрона у -аустенита и 0,1-0,5 мкм (57) Использование: изобретение относится к области металлургии и позволяет резко увеличить пластичность, снизить деформирующие напряжения и исключить старение без потери служебных свойств. Сущность; способ позволяет совместить в едином цикле сверхпластическую деформацию и термическую обработку, обеспечив при этом высокую степень автоматизации процесса.

Деформацию осуществляют сразу после хо- . лодной пластической деформации при температуре 850-900 С в скоростном интервале

3104 — 510 с . 2 ил, карбонитридной фазы Mes(C,N) характери- ф эуется устойчивым пластическим течением в заявляемых температурно-скоростных интервалах деформирования.

Поскольку ресурс технологической пластичности резко возрастает и составляет С (д = 400 ), а деформирующие напряжения 4 падают на порядок и больше (ob < = 20. (, )

МПа), то в этих условиях изделие любой. Q) сложности формы можно изготовить за одну,ф, операцию без промежуточных рекристалли зационных отжигов. Кроме того, учитывая специфику комплексных реакций рекристаллизации и распада, присущих этому классу материалов, а также термическую. стабильность сформировавшейся в началь,ные этапы СПД микродуплексной структуры, уровень прочностных свойств после заявляемой обработки остается высоким и поэтому отпадает необходимость в проведении заключительной операции дисперсиониога твердения.

1807084

Для обоснования заявленных и запредельных параметров предлагаемого способа с верх пластической деформации проведен сравнительный анализ пластичности, деформирующих напряжений и коэф- 5 фициента скоростной чувствительности напряжения течения в широком температурно-скоростном интервале деформирования и в сравнении с известным способом обработки (см.таблицу). Из представленных данных видно, что наибольшие значения пластичности, резкое снижение деформирующих напряжений наблюдается в температурном интервале 850-900 С при скоростях деформирования, находящихся в интервале 15

310 — 510 с

Снижение температуры испытания ниже 850 С выводит исследуемую сталь из режима СПД, при этом возрастают деформирующие напряжения, а пластич- 20 ность падает. Повышение температуры выше 900 С приводит к огрублению структуры, росту зерна и размеров частиц карбонитридной фазы, такая деградация структуры приводит к неустойчивому течению, локали- 25 зация деформации с образованием шейки.

Также при температуре выше 950 С начинается процесс интенсивного порообразования. Таким образом, эти факторы не обеспечивают высокую повторяемость ре- 30 зультатов испытания.

Рассмотрим выбор оптимального скоростного интервала проявления СПД. Иэ представленных данных видно, что при повышении степени деформации более чем

5.10 з с происходит снижение технологической пластичности и возрастание деформирующих напряжений. Однако при этом нужно отметить следующее; в наших экспериментах деформация осуществлялась рас- 40 тяжением, Как отмечается во многих работах, переход к другим схемам деформирования, например осадке или объемной

ытамповке, сдвигает Область сверхпластической деформации в сторону более высо- 4 -> ких скоростей, приближающихся к скоростному диапазону серийных гидравлических прессов, Уменьшение скоростей деформирования ниже 510 с " также приводит к некото- 50 рому снижению технологической пластичности. Хотя ресурс пластических свойств достаточно высок, но иэ-эа низких скоростей деформации, приближающихся к скоростному интервалу ползучести, исполь- 55 эование на практике ОМД таких скоростей . нецелесообразно. Наиболее полно реологическое поведение материала в режиме СПД отражает показатель (m) скоростной чувствительности к напряжению течения. Анализ графических данных (фиг,1) также подтверждает правильность выбранного скоростного интервала деформирования. Таким образом, выбранный скоростной интервал лежит в достаточно широкой области и составляет 3 10 4 — 5 10 с 1.

Для обоснования степени предварительной холодной деформации перед СПД были выбраны два структурных состояния.

Первое — состояние пересыщенного твердого раствора, полученного закалкой от

1200 С. Этому состоянию соответствуют высокие деформирующие напряжения (т 1000 МПа, относительное удлинение составляет д =20-30, а высокая степень деформационного упрочнения быстро исчерпывает при формоиэменении ресурс пластичности. При последующем старении в интервале 650-900 С интенсивно развивается прерывистое выделение карбонитридов хрома Сгз(С,N) очень грубой дисперсности, при этом пласТичность падает до 1-3 g, а также происходит падение прочностных свойств, При высокотемпературной деформации (750-950 С) пластичность несколько возрастает, деформирующие напряжения снижаются, однако крупное зерно (О > 50 мкм) и неблагоприятная морфология карбонитридной фазы не обеспечивают сверхпластического течения. Наблюдается сильная локализация деформации, в приграничных районах и на межфазных границах образуются поры, в результате слияния которых формируется магистральная трещина, приводящая к разрушению.

Реализовать высокую технологическую пластичнось при низком сопротивлении деформирующим напряжениям возможно путем перевода стали в сверхпластичное состояние, Это достигается проведением холодной пластической деформации со степенью обжатия деформации я > 50, При последующем формоиэменении в заявляемом температурно-скоростном интервале в самом начале процесса быстро развиваются и одновременно протекают комплексные реакции рекристаллизации и распада с формированием структуры типа микоодуплекс.

Для исследуемой стали, чем выше степень холодной пластической деформации, задаваемой перед СПД, тем дисперснее микродуплексная структура и устойчивее пластическое течение, а тем самым выше ресурс твхнологической пластичности, В услоциях СПД для температурного интервала

850-900 Ñ не наблюдается существенного огрубления структуры,так как карбонитридные частицы, расположенные в тройных

1807084 стыках зерен, оказывают эффективное тор- ступенчатого изменения скорости деформамозящее влияние миграции границ и росту ции. По результатам испытания определяли зерна. относительное удлинение после разрыва, Свойства стали после предложенного характеризующего ресурс пластичности способа обработки остаются высокими. 5 д() и предел прочности о (МПа). СлужебСопоставительный анализ с прототи- ные свойства изделий оценивали по резульпом показывает, что заявляемое техниче- татам измерения микротвердости (Ни ) при

cкое ре шение отличается тем, что нагрузке l00 г. формоизменение при СПД проводят при Для реализации известного способа температуре 850-900 С и скорости дефор- 10 (прототипа) образцы закаливали в воде с мации 10 — 10 с . Формоизменение в 1200 С (выдержка 5 мин), прокатывали со условиях сверхпластичности становится степенью обжатия 50-70 и подвергали девозможным проводить за одну операцию формированию со скоростью 10 -10 с глубокой вытяжки, штамповки и прочих опе- Для реализации предложенного спосораций ОМД. учитывая, что для высокоазоти- 15 ба образцы закаливали в воде с 1200ОС (выстой стали впервые установлен эффект держка 5 мин), прокатывали при комнатной существования сверхпластичности и опре- температуресостепеньюобжатия50-80 и делены оптимальные температурно-скоро- подвергали формообразующей деформации стные интервалы его существования, в температурном интервале 850-900 С со считаем, что заявляемое техническое реше- 20 скоростью а = 3-10 - 5 10 з с 1. ние соответствует критерию изобретения Полученные результаты сведены в таб"новизна". Принципиально важным являет- лицу, ся то, что в процессе сверхпластической де- На фиг, 1 и 2 показаны зависимости формации одновременно с течением деформирующих напряжений о (1), показа-. материала осуществляется формирование 25 теля скоростной чувствительности к напряструктуры типа микродуплекс с ультромел- жению течения m (2) и относительного ким зерном, при обеспечении высокого ре- удлинения б (3) от скорости деформации сурса пластичности и. резком снижении (с ), деформирующих напряжений. Это позволя- 1) Т,„д — — 850 С, g = 50 ; ет использовать менее сложное оборудова- 30 2) 7c a = 900ОC z= 50 ние и более дешевую штамповую оснастку.

Положительный эффект состоит в реэ- Реэультаты свидетельствуют о несомком увеличении пластичности, снижении де- ненном преимуществе предлагаемого споформирующих напряжений без потеРи соба сверхпластической деформации по служебных свойств. Эффект достигается за 35 сравнению с известным, Действительно, счет проведения формоизменения в услови- сталь при сверхпластической деформации ях сверхпластической деформации. более чем на порядок обладает лучшей техПример. Плоские заготовки толщиной нологической пластичностью.

3 мм из сплава Х18АГ15Н7Ф, имеющего 8 известном способе д.= 95-160, в следующий химический состав, мас.g: Cr 40 предлагаемом. д =350-400 . Кроме того, в

18,2; Мп 14,6; Nl 7,01; Sl 0,56; Ч 0,9; С 0,07; обнаруженном температурно-скоростном

И 1„14„Fe — остальное, закаливали в воде на интервале СПд наблюдается резкое снижетвердый раствор при 1200 С s течение 5 ниедеформирующихнапряжений(виэвестмин и прокатывали в холодную с различны- ном способе оЬ = 90-200 МПа), в предложенном 0b = - а . Это резко ми степенями обжатия. Образцы д я иссле- 45 пред оженном Ь =15-20 МП ). Э дования вырезали вдоль направления прокатки, они имели следующие размеры: длина 10 мм, ширина 5 мм, толщина 0,35 м. формы при нос, обеспечивает более точное заполнение формы при объемной штамповке. Сл жебные свойства стали после СПД не уступают

Испытания на растяжение при комнатной температуре проводили и и ско ости е- 50 формирования е = 5 10 с, а при темпера-, ЕР тУРе Р д з орос™ де- свойствам после известной обработки;

Таким образом, приведенные .данные на становке 1246Р 2/2500 в вак ме У ед" е.ьно доказывают пРеимУщества постоянства в ходе растяжения была не р туры и поддержания ее 55 Способ изготовления изделий из а стел из аустехже- 1О ок т нитной стали, преимущественно высокоазохуже z 1 C. окаэатель скоРостной тистой, включающий закалк, холо н ю . чувствительности напряжения тече пластическую деформацию со степенями т,дом . обжатия г 50, нагрев и деформацию

1807084 при температуре нагрева, о т л и ч а ю щ и- ности, нагрев ведут до 850р00 С. а дефо1 и с я тем, что, с целью повышения пластич-. мацию со скоростью 3 10 — 5 .10 с 1. покэаэтели текнолотическм пластичности, 7 (в числителе) и деформирующим напряжение, Mtt4 (в анаменателе1 е . виснмости от режимов СПД

7..., C

Способ

Ско ть

5 10

3 10

S l

5 10

5 10

5 10

Прототип .

30/320

115/280

140 2

ПредложенHhla

41/125

180/81

200/76

50/! 10

380/21

Э90 19

110/11

160/14

320/t6

340/14

380/28

380 27

88/200

94/195

53/73

330/11

410 10

350/15

370 12

370/25

180/10

210 10

98/170

11 158

50, 80

60/69

310/12

320/t4

0,8

880

1//O

10- 8С

16

104

Щд.2

Составитель Й.Гальченко

Техред М.Моргентал

Корректор С.Юско

Редактор Т.Иванова

Заказ 1361 ..... Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

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

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

1050. 50

70 .70

35/200

20/140

15/110

40/160

25/150

20/130

45/120

30/100

25/90

50/130

30/110

22/100