Способ термической обработки изделий из инструментальной стали

 

ABT0PGH0E СВИДЕТЕЛЬСТВО НА ИЗОБРЕТЕНИЕ

ОПИСЙНИЕ способа термической обработки изделий из инструментальной стали.

К авторскому свидетельству Н. А. Малышева, И. Н. Ефремова и 8. Д.

Садовского, заявленному 26 марта 1931 года (ваяв. свнд. № 85712).

0 выдаче авторского свидетельства опубликовано 31 декабря 1932: года.

Изобретение касается способа термической обработки изделий из инструментальной стали с применением закалки на аустенит.

По предлагаемому способу с целью сообщения изделиям устойчивых во времени размеров, -мало отличающихся от первоначальных размеров до обработки, обрабатываемые изделия, непосредственно после извлечения из закалочной ванны, подвергают дополнительной термической обработке в форме длительной выдержки при температурах 135 — 250 .

На чертеже фиг. 1 изображает диаграмму старения аустенита при различных температурах и фиг, Z — диаграмму изменения твердости в зависимости от температуры разложения аустенита.

Как йзвестно, при обычных методах закалки стальных изделий получается изменение первоначальных размеров тем большее, чем больше углерода содержится в стали. Кроме того, весьма часто после закаливания наблюдается коробление изделия и нередко появляются закалочные трещины, связанные с мгновенными объемными изменениями. Указанное несомненно осложняет методику термической обработки изделий, кой, и . заставляет искать такие методы закалки, пр котсрых перечисленные дефекты проя влялись бы в менее резкой форме. Особенно остро ощущается сложность операции закалки в калиброволекальном производстве, где приходится считаться не только с изменением размеров после закалки, но также и с последующими процессами старения закаленного инструмента.

По мнению изобретателей, указанные: дефекты зависят в значительной мере от того, что при быстром и непрерыв:ном охлаждении (полное охлаждение изделия при закалке в воде, масле или на воздухе для некоторых сортов стали)— твердый раствбр углерода в; - железе, имеющий решетку куба с цечтрированными гранями с более плотной укладкой атомов нежели железо а, превращается очень быстро в центрированнук тетрагональную решетку a - мартенсита.

Как известно, тетрагональный мартенсит, представляя собой твердый раствор углерода в железе я, где атомы углерода расположены между плоскостями элементарных ячеек, имеет отношение осей — =1,0 — 1,06 в зависимоа сти от содержания углерода Таким

1 образом решетка я - мартенсита является искаженной и параметр в одном из на; правлений больше соответствующего параметра железа д. Изменение параметра решетки. несомненно отражается иа изменении размеров при закалке, и .в случае, если при закалке будет получен только один тетрагональный мартенсит без остаточного аустенита,— изме нение размеров будет максимальным, :,доходящим до l %. На практике, при

:закаливании в воду инстументальной

-углеродистой стали, изменение размеров варьирует в пределах 0,3 — 0,5% я до 3% не доходит вследствие того, что при закалке получается то или иное

: количество аустенита, помимо тетраго;иального мартейсита. Тетрагональный мартеисит является фазой неустойчивой и при отпуске до 100 — 125 распадается я переходит в более устойчивую фазу ф - мартенсит (смесь высокой степени . цисперсности частиц феррита и цемен-, .тита).

Процесс естественного и искусственгного старения закаленной стали связан с распадом тетрагональной формы мар.тенсита. В результате старения твер.дость закаленной сталй увеличивается и происходит изменение размеров, идущее в сторону сжатия. Таким образом, получение )-мартенсита ведет к гораздо

:меньшему искажению размеров и вместе с тем не снижает твердости зака.ленной стали. Поэтому для получения минимального изменения размеров после закалки и избежания коробления. и появления закалочных трещин йеобхе.дФмо: при закалке избежать получения твердого раствора — a - мартенсита; полу-чить при закалке, а не путем отпуска, смесь частиц феррита и цементита вы-сокой степени дисперсности. Твердость изделий может быть выше твердости .изделия с тетрагональным мартенситом

::и, получив аустенит путем нагрева выше критической точки, надо создать бла.гоприятные условия его устойчивости при сравнительно низких температурах ,и, процесс разложения аустенита вести

:как можно- медленнее, приближаясь к, условиям старения аустенита по типу старения дуралюминия, т. - е. создать условия не черезвычайно быстрого перехода решетки куба с центрированныии гранями в центрированнуюгетрагональ- ную решетку, как это имеет место при обычных условиях закалки, а наоборот— процесс разложения аустенита вести очень медленно в смесь той или иной степейи дисперноцти частиц феррита и цементита в зависимости от требуемой твердости.

В своей работе Lewis указал способ получения более или менее устойчивого аустенита в стали с содержанием 0,8% при закалке в соляной. или масляной ванне с высокой температурой (230 ).

Воспользовавшись методом - Lewis à для получения аустенита, авторы наблюдали, что наиболее благоприятные условия старения аустенита достигаются путем разложения последнего при постояннрй температуре в функции от времени, и вместе с тем, что с понижением температуры разложения аустенита — устойчивость его увеличивается.

Сущность предлагаемого способа заключается в том, что, получив переохла-. жденный аустенит методом Lewis а, помещают изделия, в аустенитовом состоянии, в среду с постоянной температурой (муфельная печь) на продолжительное время, в результате чего получают медленный процесс старения аустенита.

Температура среды имеет очень большое влияние как на скорость старения, так и на величину частиц феррита и цементита, а следовательно и на твердость изделия.

На фиг. 1 изображена диаграмма скорости старения аустенита при различных постоянных температурах, полученная дилатометрическим путем. Дилатометрические образцы, приготовленные из инструментальной стали с содержанием С - 1,2%, подвергались нагреву до температуры 1000 с последующим закаливанием в масле- с температурой равной 200 С. Выдержка в масляной. ванне была 10 секунд. Образец вынимался из ванны в аустенитовом состоянии и помещался в трубку дилатометраНа трубку дилатометра надвигалась печь, нагретая на ту или иную температуру, и скорость разложения аустенита измерялась движением стрелки дилатометра (движение в вертикальном направлен ии).

1, — 3— ч

Из диаграммы следует, что чем ниже температура, тем устойчивее аустенит и тем время старения более длительное.

При температуре = 125 аустенит устойчив в течение б-ти часов. После б-ти часов устойчивого состояния- — начался процесс разложения, длившийся в течение двух недель. При температуре 225 аустенит был устойчив в течение одного часа, после чего начавшийся процесс старения закончился в течение б-ти часов.

На фиг. 2 изображено изменение твердости в зависимости от температуры разложения аустенита.

Из диаграммы следует — чем ниже температура разложения аустенита, тем выше твердость.

Рентгенограф ическими исследованиями изобретателями установлено, что в результате старения при постоянной температуре получается кубический мартенсит, благодаря чему и сильного изменения размеров, которое присуще обычной закалке, вследствие получения тетрагонального мартенсйта, — не наблюдается.

Не доводя процесс старения аустенита до конца и оставив не разложившимся небольшое количество аустенита (примерно — такое же количество, которое неизбежно получается в стали при обычных условиях закалки), можно свести к нулю и то изменение размеров, которое свойственно кубическому мартенситу. Таким образом, можно получить изделие после закалки без изменения размеров по отношению к первоначальным.

В случае получения кубического мартенсита — процесс ста рения наблюдаться ие будет.

Получения устойчивого аустенита достигают путем закалки в масляной ванне при температуре 150 — 250, с кратковременной выдержкой в ванне. Температура нагрева перед закалкой может быть от 780 до 950" в зависимосси от толщины изделия, его формы и химического состава.

Изделие в аустенитовом состоянии переносят из закалочной ванны в соответствующий агрегат, дающий возможность поддерживать постоянную температуру, где и выдерживают до окончания процесса старения. Пределы температуры старения для инструментальнолекальной стали 125 — 300 . Чем ниже температура, тем выше твердость, Время старения для температуры 175 до четырех суток, для температуры 150 - до шести суток и для температуры 125 время старения не менее десяти суток

В результате указанной обработки, по мнению изобретателей, получается

ы высокая твердость, минимальное изменение размеров, отсутствие закалочных трещин и коробления.

Предмет изоб ре тения.

Способ, термической обработки ыизделий из инструментальной стали с применением закалки на аустенит, отличающийся тем, что непосредственно щ ц извлечения обрабатываемых изделий из заналочнои ванны их подвергают дггйолнительнои термической обработке в форме длительной (от 1 до 10 суток) выдержки изделий при температурах

135 — 250, с целью сообщения изделиямустойчивых во времени размеров, мало отличающихся от первоначальных размеров изделия до обработки.

Ю

E авторсиому свидетельству ж. . ж ==

И. Н. Ефремова и B. Д. Садовского Ж 28498

l . фИЕ2

Ф

Й

К

:c

5 и

2 rA 175 ГОО Ы5 Г д З 550 "

Тс г Ж РР7 УРЯ С ТНРЕНИЯ йУЕ ТЕКИТГ..

Деипромпечатъсоюз. Тин,Печ. Труд .. Зак. 24М--569