Способ подготовки структуры стали к дальнейшей термической обработке


 

C21D1/25 - Изменение физической структуры черных металлов; устройства общего назначения для термообработки черных или цветных металлов или сплавов; придание ковкости металлам путем обезуглероживания, отпуска или других видов обработки (цементация диффузионными способами C23C; поверхностная обработка металлов, включающая по крайней мере один процесс, предусмотренный в классе C23, и по крайней мере другой процесс, охватываемый этим подклассом, C23F 17/00; однонаправленное отвердевание эвтектики или однонаправленное разделение эвтектик C30B)

Владельцы патента RU 2526341:

Якупов Ильгиз Фаязович (RU)

Изобретение относится к области машиностроения и металлургии. Для повышения твердости и увеличения глубины прокаливаемости осуществляют предварительную обработку путем нагрева изделия выше критической точки стали, из которой изготовлено это изделие, выдержки и последующего охлаждения на воздухе, причем в процессе охлаждения к изделию прикладывают ударно-импульсные колебания с частотой нанесения ударов от 30 до 10000 герц, а затем проводят закалку. 1 з.п. ф-лы, 2 пр.

 

Изобретение относится к машино-строительной и другим отраслям промышленности, где применяется упрочняющая термическая обработка стали, и может быть использовано при закалке изделий из конструкционных и инструментальных сталей.

Известен способ «Термической обработки металлических изделий» (патент РФ №2384628 от 20.03.2010 г.), включающий нагрев, выдержку и охлаждение изделий, в качестве охлаждающей среды применяют воду, структурированную с приложением к воде и закаливаемому изделию ультразвуковых колебаний с частотой 18-21 кГц.

Недостатком данного способа является сложность приложения ультразвуковых колебаний к воде и изделию во время его охлаждения. Также при прохождении ультразвуковых колебаний через воду снижается их эффективность воздействия на обрабатываемое изделие.

Известен способ «Изготовления штампового инструмента» (патент РФ №2355787 от 20.05.2009 г.), включающий ковку, высокий отпуск, термоциклическую обработку заготовок штампового инструмента в атмосферной среде, изготовление штампов из этих заготовок с последующей их закалкой, перед термоциклической обработкой проводят предварительную термоциклическую обработку одной из заготовок штампового инструмента, взятой в качестве образца, со скоростью нагрева и охлаждения 5-20°С/мин и с количеством циклов N+1 исходя из условия равенства температур начала фазового превращения материала образца Т(н.ф.п), а также равенства температур конца фазового превращения Т(н.ф.п) при нагреве материала образца и соответственно равенства Т(н.ф.п), Т(к.ф.п) при охлаждении до стабилизации структуры образца штампового инструмента в двух последовательных циклах N и N+1, по результатам предварительной термоциклической обработки выбирают количество циклов термоциклической обработки в атмосферной среде заготовок штампового инструмента, равное N, которую ведут со скоростью нагрева и охлаждения 5-20°С/м, причем температура нагрева заготовок штампового инструмента в каждом цикле на 10-15°С выше температуры Т*(н.ф.п) для материала образца в соответствующем цикле при нагреве на стадии предварительной термоциклической обработки, а температура охлаждения заготовок в каждом цикле на 100-200°С ниже температуры Т(н.ф.п) начала фазового превращения материала образца в соответствующем цикле при охлаждении на стадии предварительной термоциклической обработки.

Недостатком данного способа является сложность технологического процесса при осуществлении термической обработки, заключающаяся в термоциклировании с контролем скорости нагрева, контроле температуры охлаждения в каждом цикле и в подборе необходимого числа циклов предварительной термоциклической обработки.

Наиболее близким к заявленному способу, принятым за прототип, является «Способ повышения твердости более 68.0 HRC в изделиях из инструментальных сталей (патент РФ №2349651 от 20.03.2009 г.), включающий предварительную подготовку структуры стальных изделий, окончательную закалку, термоциклирование, согласно изобретению предварительную подготовку структуры ведут путем закалки изделий с температуры Асm+(10-20°С) с последующем средним отпуском на температуру 400-480°С. Нагрев под окончательную закалку производят ускоренно в соляных ваннах или посредством ТВЧ на температуру Аст++10°С, после чего следует обработка холодом при -70°С и низкий отпуск при 100-120°С. Операция обработки холодом в сочетании с низким отпуском повторяется многократно - термоциклирование. Промежуток времени от момента закалки (извлечения изделий из масляной ванны) до первой обработки холодом не должен превышать 15 минут. Температура масла в момент погружения в нее изделий не должна превышать 20°С. Охлаждение изделий проводят до температуры 25-35°С. Термоциклирование проводят с количеством циклов «обработка холодом-отпуск» от двух до шести.

Недостатком данного способа является сложность технологической операции в получении предварительной подготовки структуры стальных изделий, заключающаяся в проведении дополнительной закалки и отпуске, на что дополнительно расходуется время и электроэнергия.

Задачей предлагаемого изобретения является разработка способа подготовки микроструктуры стали к дальнейшей термической обработке - закалке. При этом изделия прокаливаются на большую глубину и твердость их значительно выше, чем у изделий, не подвергавшихся предлагаемой предварительной обработке.

Для достижения указанного технического результата в способе предварительной подготовки структуры стали к дальнейшей термической обработке - закалке, включающей нагрев стали до температуры выше критической точки Ас3с1), выдержке и охлаждении на воздухе, при этом предлагается изделие подвергнуть ударно-импульсной обработке с частотой нанесения ударов от 30 до 10000 герц.

Кроме того, предлагается ударно-импульсную обработку производить в течение времени, необходимого для завершения фазовых превращений и основных диффузионных процессов.

Кроме того, предлагается при ударно-импульсной обработке накладывать весь спектр частот.

В данном способе подготовки микроструктуры стального изделии к дальнейшей термической обработке, включающем нагрев изделия до температуры выше критической точки Ас3 (Ac1), выдержке и охлаждении на воздухе, при этом предлагается изделие подвергнуть ударно-импульсной обработке с частотой нанесения ударов от 30 до 10000 герц.

При охлаждении стали в момент фазового γ-α перехода ударно-импульсная обработка формирует в материале однородную структуру с равномерно распределенными элементами, а также со стабильными фазами. Такая обработка позволяет подготовить структуру стали таким образом, что приводит к увеличению устойчивости аустенита и позволяет снизить критическую скорость охлаждения при закалке. Снижение критической скорости закалки стали делает возможным получить мартенситную структуру на большую глубину, а также применять более мягкий охладитель. Использование более мягкого охладителя снижает уровень внутренних напряжений, уменьшает вероятность возникновения закалочных трещин и коробления деталей.

Пример №1

Образец из стали 40Х, имеющий размеры - диаметр 116 мм, высота 75 мм, нагревают до температуры 850-870°С, делают выдержку при этой температуре в течение 2 часов для прогрева детали и завершения фазовых превращений. Далее образец извлекают из печи и охлаждают на воздухе, при этом к образцу прикладываются ударно-импульсные колебания с частотой нанесения ударов от 30 до 10000 герц. Ударно-импульсную обработку производят до полного завершения фазовых превращений и завершения диффузионных процессов. После данной обработки образец подвергается стандартной закалке. Твердость по всей поверхности образца составляет 58-60 HRC.

Пример №2

Образец из стали 9ХС диаметром 120 мм и высотой 95 мм нагревают до температуры 750-770°С, делают выдержку при этой температуре в течение 2,5 часов для прогрева детали. Далее образец извлекают из печи и охлаждают на воздухе, при этом к образцу прикладываются ударно-импульсные колебания с частотой нанесения ударов от 30 до 10000 герц. Ударно-импульсную обработку производят до температуры 200 -250°С. После данной обработки образец подвергается стандартной закалке. Твердость по всей поверхности образца составляет 62-64 HRC.

1. Способ термической обработки стального изделия, включающий предварительную обработку изделия и последующую закалку, отличающийся тем, что предварительную обработку перед закалкой осуществляют путем нагрева изделия выше критической точки стали Ас1 или Ас3, выдержки и охлаждения на воздухе, при этом в процессе охлаждения к изделию прикладывают ударно-импульсные колебания с частотой нанесения ударов от 30 до 10000 герц.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что к изделию прикладывают ударно-импульсные колебания в течение времени, обеспечивающего завершение фазовых превращений и основных диффузионных процессов в стали.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к области машиностроения, в частности к обработке лазером при изготовлении и ремонте различных машин и механизмов. Для повышения физико-механических свойств инструментальных и конструкционных материалов осуществляют лазерную обработку изделий с использованием лазера импульсного действия при полезной энергии импульса 60-500 Дж, плотности мощности импульса 1,2·1010-4,3·1011 Вт/м2, длине волны 1,064·10-6 м, продолжительности импульса 0,8·10-3 с, диаметре луча 1,2·10-3-2,5·10-3 м и расстоянии от места облучения до упрочняемой поверхности 12-30 мм.

Изобретение относится к области машиностроения, в частности к инструментальному производству, для упрочнения режущего инструмента с напаянной твердосплавной пластиной.

Изобретение относится к области металлургии, а именно к стали, используемой для изготовления деталей режущих инструментов. Сталь содержит, в мас.%: от 0,28 до 0,5 С, от 0,10 до 1,5 Si, от 1,0 до 2,0 Mn, максимум 0,2 S, от 1,5 до 4 Cr, от 3,0 до 5 Ni, от 0,7 до 1,0 Mo, от 0,6 до 1,0 V, от следовых количеств до общего максимального содержания 0,4% мас.

Изобретение относится к области металлургии и может быть использовано в машиностроении для производства дешевого инструмента, в частности выглаживателей для деталей из цветных металлов.

Изобретение относится к области машиностроения, а именно к упрочняющей обработке наплавленной быстрорежущей стали на поверхности заготовки, применяемой для изготовления инструмента повышенной стойкости.
Изобретение относится к области машиностроения. .

Изобретение относится к области термической обработки режущего инструмента. .

Изобретение относится к области упрочняющей обработки твердых сплавов инструментального назначения. .

Изобретение относится к области термической обработки металлов и может быть использовано на машиностроительных предприятиях в инструментальном производстве при изготовлении разделительных штампов.

Изобретение относится к плазменной химико-термической обработке поверхности изделий и может быть использовано в машиностроении. .

Изобретение относится к области термической обработке отливок из коррозионно-cтойкой стали мартенситного класса, используемых для высокоточных деталей машиностроения и приборостроения.

Изобретение относится к термообработке, такой как, например, высокочастотная закалка металлических деталей. Устройство для индукционной закалки содержит катушки (26) для индукционного нагрева, которые индуктивно нагревают различные части обрабатываемого целевого участка (A) в осевом направлении заготовки (12), причем заготовка (12) и катушка (26) для нагрева совершают относительное движение вдоль окружного направления (R) обрабатываемого целевого участка (A).
Изобретение относится к области металлургии, а именно к способу термической обработки жаропрочных сталей мартенситного класса, применяемых для изготовления элементов тепловых энергетических установок с рабочей температурой пара до 650°C.

Изобретение относится к способу термомеханической обработки для получения толстого листа (1) из исходного материала с повышенной вязкостью, в частности низкотемпературной вязкостью.

Изобретение относится к области металлургии и машиностроения. Для предотвращения брака по механическим свойствам непрерывно отожженной металлической заготовки и обеспечения максимального выхода годного осуществляют управление непрерывной термообработкой металлических заготовок, которое включает неразрушающий непрерывный контроль получаемой в результате термообработки характеристики механических свойств, при этом в качестве контрольной характеристики используют значение удельных энергозатрат, проводят сравнение значений текущих энергозатрат со значениями энергозатрат, полученными из предварительно установленных регрессионных зависимостей механических свойств от удельных энергозатрат, обеспечивающими получение необходимых механических свойств, и регулируют режим термообработки заготовки, обеспечивая попадание величины удельных энергозатрат в интервал допустимых значений.

Изобретение относится к области машиностроения, в частности к обработке лазером при изготовлении и ремонте различных машин и механизмов. Для повышения физико-механических свойств инструментальных и конструкционных материалов осуществляют лазерную обработку изделий с использованием лазера импульсного действия при полезной энергии импульса 60-500 Дж, плотности мощности импульса 1,2·1010-4,3·1011 Вт/м2, длине волны 1,064·10-6 м, продолжительности импульса 0,8·10-3 с, диаметре луча 1,2·10-3-2,5·10-3 м и расстоянии от места облучения до упрочняемой поверхности 12-30 мм.

Изобретение относится к прокатному производству и может быть использовано при производстве холоднокатаной ленты из низкоуглеродистых марок стали, применяемой для холодной вырубки.

Изобретение относится к области термомеханической обработки для изготовления стального проката с требуемыми свойствами. Для обеспечения требуемого уровня потребительских свойств металлопроката получают заготовку из стали, содержащей, мас.%: C 0,05-0,18, Si 0,05-0,6, Mn 1,30-2,05, S не более 0,015, P не более 0,020, Cr 0,02-0,35, Ni 0,02-0,45, Cu 0,05-0,30, Ti не более 0,050, Nb 0,010-0,100, V не более 0,120, N не более 0,012, Al не более 0,050, Mo не более 0,45, железо и неизбежные примеси остальное.
Изобретение относится к области металлургии. Для снижения магнитных потерь при повышении уровня магнитной индукции и обеспечения температурной устойчивости величины магнитных потерь в готовой листовой стали к последующему отжигу способ включает выплавку электротехнической стали, непрерывную разливку, горячую прокатку, холодную прокатку, обезуглероживающий отжиг, вторую холодную прокатку с получение листа конечной толщины, обработку лазером, нанесение защитного покрытия, высокотемпературный отжиг, нанесение электроизоляционного покрытия, выпрямляющий отжиг, при этом обработку лазером осуществляют с помощью источника непрерывного лазерного луча и источника импульсного лазерного луча, причем импульсный лазерный луч имеет меньший диаметр проекции на поверхность листа, чем непрерывный лазерный луч, и большее значение плотности энергии излучения в проекции на поверхность полосы стали, чем непрерывный лазерный луч, каждый линейный след лазерного воздействия образуют путем синхронизованного перемещения проекций непрерывного и импульсного лазерных лучей по поверхности листа с отставанием импульсного лазерного луча от непрерывного, причем воздействием непрерывного лазерного луча формируют осевую область линейного следа лазерного воздействия с литой структурой и периферийную область со структурой частичной рекристаллизации, а воздействием импульсного лазерного луча образуют в осевой области листа канавку с литой структурой.
Изобретение относится к области машиностроения. Для обеспечения требуемого распределения физико-механических свойств оправку длиной до 15 метров и диаметром от 137 до 200 мм из легированной инструментальной стали с содержанием хрома свыше 4 мас.%, каждого другого карбидообразующего элемента и кремния до 1 мас.%, углерода в пределах от 0,32 до 0,44 мас.% подвергают закалке путем индукционного нагрева при частоте тока 50-1000 Гц до температуры от 1040°С до 1080°С, охлаждения спрейером и отпуску при температуре от 705°С до 725°С с охлаждением на воздухе, при этом оправку при закалке перемещают со скоростью от 70 мм/мин до 180 мм/мин, а при отпуске - со скоростью от 70 мм/мин до 180 мм/мин.

Изобретение относится к способам упрочнения поверхности металлических материалов с помощью формирования наноразмерных покрытий путем воздействия лазерного излучения и может быть применено в различных отраслях промышленности для получения износостойких и антифрикционных покрытий. Формирование наноразмерного поверхностного покрытия осуществляют путем обработки поверхности металлических изделий легирующим сплавом, используемым в мелкодисперсной порошкообразной форме. Облучение поверхности сфокусированным оптическим тепловым лучом высокоэнергетического квантового генератора осуществляют путем перемещения лазерного луча с шагом в 25 микрон и с мощностью, достаточной для точечного расплавления слоя легирующего сплава, состоящего из нанокомпозитных систем, осуществляют вплавление слоя легирующего сплава в обрабатываемое изделие. Затем охлаждают поверхность обрабатываемой детали струей сжатого воздуха с температурой 20°C под давлением 8 кПа для кристаллизации легирующего сплава на металлической поверхности изделия с обеспечением дополнительного адгезионного сцепления слоя легирующего сплава с охлажденной поверхностью изделия без изменения структуры поверхности и с образованием на ней слоя легирующего сплава с нитридной и/или карбидной матрицей с нанокомпозитной структурой, при этом мощность лазерного излучения определяют выражением Р=1*10-2*V*C*T/L, в котором Р - мощность лазерного излучения, Вт, 1*10-2 - математическая константа, V - скорость перемещения лазерного луча по поверхности, мм/сек, С - теплоемкость легирующего сплава, Дж/К, Т - температура плавления легирующего сплава, К, L - толщина слоя легирующего сплава, мм. Повышается качество создаваемого на поверхности деталей покрытия, обладающего высокими жаростойкостью, коррозионной и эрозионной стойкостью. 3 ил., 1 пр.
Наверх