Способ получения заготовок из инструментальных сталей

 

Изобретение относится к металлургии, конкретно к способам изготовления кованых заготовок из инструментальных сталей. Цель - улучшение однородности структурной полосчатости и получение зернистого перлита. Способ включает нагрев заготовки до температуры выше Ar₃ на 350 - 450^oС с выдержкой в течение 3 - 5 ч, ковку с коэффициентом улова 2 - 4, охлаждение, которое сначала ведут на воздухе до температуры на 30 - 50^oС ниже точки Ar ₁, а затем со скоростью 150 - 450^oС/с. После этого предусмотрен изотермический отжиг. Изобретение позволяет снизить структурную полосчатость с 4 до 2,3 баллов и увеличить зернистость перлита с 6 до 3 баллов. 1 табл.

Изобретение относится к металлургии, в частности к способам получения кованых заготовок из инструментальных сталей, и может широко использоваться в инструментальном производстве при изготовлении прессовой оснастки, работающей при высоких температурах.

Известен способ обработки слитков и заготовок из подшипниковых и инструментальных сталей, включающий высокотемпературный нагрев с лимитированной скоростью, выдержку и деформацию [1] Недостатком данного способа является перегрев стали и как следствие значительный рост зерна аустенита при нагреве сталей выше температуры солидуса легкоплавких составляющих структуры.

Наиболее близким к предлагаемому является способ изготовления крупногабаритных поковок, включающий нагрев, ковку и отжиг, включающий высокотемпературный нагрев, выдержку и окончательное охлаждение с лимитированной скоростью [2] Использование данного способа изготовления поковок не позволяет получить мелкое зерно аустенита, так как высокотемпературный нагрев, способствующий росту зерна, проводится после деформации. Последующее ускоренное охлаждение на воздухе проводится после завершения не только γ->>α -превращения, но и перлитного, и не измельчает зерна аустенита.

Цель изобретения уменьшение структурной полосчатости и получение зернистого перлита.

Цель достигается тем, что в известном способе получения кованых заготовок из инструментальных сталей, включающем нагрев, ковку, охлаждение и отжиг, ковку проводят при нагреве заготовки до температуры выше точки Ас₃ на 350-450^оС с выдержкой в течение 3-5 ч с коэффициентом укова 2-4, охлаждение после ковки осуществляют вначале на воздухе до температуры на 30-50^оС ниже точки Ач₁, последующее охлаждение выполняют со скоростью 150-450^оС/с, а затем проводят изотермический отжиг.

Высокотемпературный нагрев заготовок до температуры выше точки Ас₃ на 350-450^оС с выдержкой в течение 3-5 ч является оптимальным, также обеспечивает гомогенизацию и образование аустенита с малым размером полигонизованного зерна. Нагрев до более низких температур (перегрев выше точки Ас₃ меньше, чем на 350^оС) с выдержкой менее 3 ч не приводит к устранению дендритной ликвации из-за пониженных диффузионных процессов и недостаточного времени для их протекания, что способствует образованию структурной полосчатости при ковке.

Высокая температура нагрева выше точки Ас₃ больше, чем на 450^оС, и длительная выдержка (более 5 ч) приводят к развитию в заготовках интенсивной собирательной рекристаллизации аустенита, что значительно огрубляет структуру при последующем его распаде и улучшает свойства.

Ковку проводят с коэффициентом укова 2-4, что обеспечивает в поковках при температуре выше точки Ас₃ получение устойчивой полигонизованной структуры аустенита с мелким зерном.

Коэффициент укова меньше 2 не приводит к образованию полигональных границ из-за недостаточной концентрации дефектов кристаллического строения в заготовках при высоких температурах нагрева под ковку. Кроме того низкий коэффициент укова (меньше 2) не устраняет в заготовках дефектов литейного происхождения, таких как мелкие поры, раковины, особенно в центре заготовки. Ковка заготовок с коэффициентом укова выше 4 способствует развитию в них динамической рекристаллизации с последующим переходом ее во вторичную. Рост отдельных зерен аустенита при вторичной рекристаллизации нежелателен, так как приводит к образованию неоднородной структуры и в конечном итоге к нестабильности свойств.

Охлаждение после ковки на воздухе до температуры на 30-50^оС ниже точки Ач₁, а затем со скоростью 150-450^оС/с обеспечивает получение мелкоигольчатого мартенсита из исходного полигонизованного аустенита, при этом ускоренное охлаждение позволяет фиксировать границы полигональной структуры аустенита. Подстуживание на воздухе необходимо, так как позволяет избежать закалочных трещин при охлаждении поковок с высокой температуры ковки.

При охлаждении поверхности поковок во время подстуживания до температур ниже точки Ач₁ меньше, чем на 30^оС, сохраняется высокая температура в центре заготовки и избежать трещинообразования не удается. Подстуживание поверхности поковок до температуры ниже точки Ач₁ больше, чем на 50^оС, нежелательно, так как не позволяет зафиксировать в поверхностных слоях дислокационные границы полигонизованного аустенита и обеспечить получение мелкоигольчатого мартенсита при дальнейшем ускоренном охлаждении.

Ускоренное охлаждение с температуры ниже точки Ач₁ на 30-50^оС со скоростью 150-450^оС/с является оптимальным. Такая скорость обеспечивает получение мелкоигольчатого мартенсита и позволяет избежать трещин. Охлаждение с меньшей скоростью (ниже 150^оС/с) не обеспечивает фиксации полигональных границ в центре заготовки и мартенсита на поверхности, что ведет к образованию грубопластинчатого перлита и снижению качества заготовок. Охлаждение со скоростью больше, чем 450^оС/с, не позволяет избежать появления трещин на поковках.

Завершающей операцией является изотермический отжиг, который выполняется по режимам, оговоренным для каждой марки стали в справочной литературе. Проведение изотермического отжига необходимо, так как при этом происходит превращение мелкоигольчатого мартенсита в зернистый перлит.

П р и м е р. Предлагаемый способ получения кованых заготовок из инструментальных сталей был выполнен на сталях: 4Х5МФ1С и 3Х3М3Ф, химический состав которых соответствует ГОСТ 5950-73. Заготовки из выбранных сталей размером D 150 х 90 мм нагревали под ковку до температуры, указанной в таблице. Ковку проводили на ковочном молоте усилием 2 тс типа М1343С с различным коэффициентом укова. Полученные поковки охлаждались на воздухе до температур ниже точки Ач₁, названных в предлагаемом способе, а затем в различных средах, обеспечивающих регламентированные скорости охлаждения (таблица). Все поковки проходили изотермический отжиг по режиму: 880 ± 10^оС, выдержка 2 ч, затем изотермическая выдержка в течение 3 ч при 680 ± 10^оС. Поковки, полученные по известному способу, проходили отжиг второго рода с нагревом до температуры 1050 ± 10^оС, при выдержке 2 ч, охлаждение с регламентированной скоростью в печи до 600^оС и окончательное охлаждение на воздухе.

Результаты исследования структуры для предлагаемого и известного методов приведены в таблице.

Сравнение данных, полученных в результате проведенных исследований структуры двух инструментальных сталей, позволяет заключить, что предлагаемый способ обеспечивает получение более качественной структуры, чем известный.

Формула изобретения

СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ЗАГОТОВОК ИЗ ИНСТРУМЕНТАЛЬНЫХ СТАЛЕЙ, включающий нагрев, ковку, охлаждение и отжиг в изотермическом режиме, отличающийся тем, что нагрев ведут до Ас₃ + (350 450)^oС, выдерживают в течение 3 5 ч и осуществляют при этой температуре ковку с коэффициентом укова 2 4, охлаждение сначала проводят на воздухе до Ar₁ 30 50^oС, а затем со скоростью 150 450 град./с.

РИСУНКИ

Рисунок 1