Способ повышения пластичности низкоуглеродистых нелегированных спокойных сталей

Изобретение относится к металлургии, в частности к способам изменения пластичности низкоуглеродистых спокойных нелегированных сталей. Способ включает катодное электрохимическое обезжиривание материала - наводороживание в течение 90-120 мин при температуре от 80°С до 90°С и последующее обезводороживание при температуре (190±10)°С в течение двух часов. Технический результат изобретения заключается в упрощении способа при одновременном сохранении прочностных свойств материала. 2 ил.

 

Изобретение относится к металлургии, в частности к способам изменения пластичности низкоуглеродистых спокойных нелегированных сталей.

Известно, что с целью повышения пластичности металлов применяют различные виды отжига (низкий, неполный, рекристаллизационный и др.) [Ю.М.Лахтин. Металловедение и термическая обработка металлов. М., «Металлургия»; А.П.Гуляев, Металловедение. Москва, 1977], при этом отжиг может проводиться в окислительной, защитной или нейтральной атмосферах [Детали из сплавов черных и цветных металлов. Термическая и химико-термическая обработка. Типовые технологические процессы. Р4.054.004-89].

Недостатком отжига в окислительной атмосфере является образование на поверхности деталей окислов и окалины, которые снимаются химическим травлением. При использовании данного способа с повышением степени пластичности материала значительно снижаются его прочностные свойства.

Недостатком отжига в защитной и нейтральной атмосферах являются сложность и трудоемкость проведения операции, уникальность и дороговизна используемого оборудования, значительные затраты на защитные атмосферы. При использовании данного способа с повышением степени пластичности материала также значительно снижаются его прочностные свойства.

Наиболее близким предлагаемому способу является способ обеспечения пластичности материала методом наводороживания с последующим обезводороживанием, описанный в статье В.М.Писковца «Влияние водорода на механические свойства малоуглеродистой стали», опубликованной в журнале «Оборудование и технологии термической обработки металлов и сплавов в машиностроении» [Сборник докладов 2-го Международного симпозиума (часть II). Харьков: ИПЦ «Контраст», 2001, с.182-183].

В вышеуказанной работе в качестве наводороживающего раствора применяется 10% раствор серной кислоты при температуре 100°С и давлении 5 атм (0,5 МПа). Продолжительность выдержки при этом режиме составляет 15 мин.

Последующее обезводороживание осуществляется одним из двух способов: в вакууме 10^-1 мм рт.ст. (13,3 Па) или окислительной атмосфере с выдержкой 60 мин при температуре (190±10)°С.

Основным недостатком данного способа является необходимость использования для получения давления 5 атм (0,5 МПа) специального и сложного оборудования, что повышает стоимость и ограничивает возможность применения данного способа. Так как для получения наводороженного поверхностного слоя используется нагретый раствор серной кислоты, то данный способ следует отнести к операции химического травления, при котором возникает вероятность вытравливания зерен на поверхности контакта металл - жидкость, что пагубно влияет на механические и технологические свойства металлов [Грилихес С.Я. Обезжиривание, травление и полирование металлов. Л.: «Машиностроение» 1983. стр.50-52].

При экспериментальной проработке влияния водорода как внешнего агента, обеспечивающего управляемое воздействие на технологические и механические свойства низкоуглеродистых нелегированных спокойных сталей, водородное воздействие представляло собой насыщение образцов различных марок стали водородом с последующим его удалением.

В книге Грилихеса С.Я. Обезжиривание, травление и полирование металлов. Л.: Машиностроение, 1983 указывается на возможность насыщения металлов водородом в процессе обезжиривания.

Исходя из вышесказанного, образцы пяти марок низкоуглеродистой нелегированной спокойной стали для насыщения водородом подвергались катодному электрохимическому обезжириванию с применением ванны для гальванических операций. Обезжиривание проводилось в растворе для химического обезжиривания стальных деталей при температуре 80÷90°С. Каждая партия, из 5 штук образцов, подвергалась в интервале от 0 до 120 мин разному по времени обезжириванию.

Обезводороживание всех исследуемых образцов происходило при температуре 190±10°С в течение 2 ч. После обезводороживания проводились испытания каждой исследуемой партии образцов на растяжение прибором типа УМЭ-10 ТМ и измерение их микротвердости микротвердомером типа ПМТ-3. Результаты испытаний усреднялись.

Исследования показали, что, изменяя продолжительность катодного электрохимического обезжиривания, можно менять концентрацию и глубину проникновения атомов водорода в поверхностные слои сталей, изменяя тем самым их механические свойства.

На основе статистической обработки экспериментальных данных были построены графики зависимости показателей пластичности (относительного удлинения δ, %) и прочности (микротвердости Н, m) от продолжительности процесса наводороживания, наводороживания с последующим обезводороживанием и при стандартном процессе низкого отжига при температуре 650°С в течение 15 мин с последующим охлаждением на воздухе. На фиг.1 и 2 представлены эти зависимости для стали 20.

Из графиков (фиг.1 и 2) видно, что при катодном электрохимическом обезжиривании в растворе для химического обезжиривания стальных деталей в течение 90 мин и более при температуре 80-90°С и последующем обезводороживании сталь 20 достигает пластичности, соответствующей пластичности этой же стали в отожженном состоянии. При этом прочность приблизительно на 27% превышает прочность такого же материала в отожженном состоянии. Аналогичные зависимости имеют и другие исследуемые марки сталей.

Технический результат изобретения заключается в упрощении способа повышения пластичности низкоуглеродистых спокойных нелегированных сталей методом водородного воздействия с последующим обезводороживанием при одновременном сохранении их прочностных свойств.

Сущность изобретения заключается в следующем. Повышение пластичности низкоуглеродистых нелегированных спокойных сталей, соответствующее отожженному состоянию, получают путем катодного электрохимического обезжиривания материала (наводороживания) в течение 90-120 мин при температуре 80÷90°С и последующего обезводороживания.

Низкоуглеродистые нелегированные спокойные стали для насыщения водородом подвергаются катодному электрохимическому обезжириванию с применением стандартной ванны для гальванических операций, 90-120 мин при температуре 80÷90°С в растворе для химического обезжиривания стальных деталей и последующему обезводороживанию при температуре 190±10°С в течение 2 ч.

Предлагаемый способ доступен для применения основной массе предприятий и, кроме того, позволяет обеспечить высокое качество поверхности обрабатываемых образцов за счет исключения операции отжига.

Способ изменения пластичности низкоуглеродистых нелегированных спокойных сталей методом наводороживания с последующим обезводороживанием, отличающийся тем, что наводороживание проводят путем катодного электрохимического обезжиривания материала в течение 90-120 мин при температуре от 80°С до 90°С в растворе для химического обезжиривания стальных деталей, а обезводороживание - при температуре (190±10)°С в течение двух часов.