Способ термомеханической обработки стальных изделий


 

C21D1/78 - 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 2588936:

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Новосибирский государственный технический университет" (НГТУ) (RU)

Изобретение относится к области машиностроения, в частности к обработке высокопрочных изделий, работающих при воздействии значительных динамических и циклических нагрузок. Для повышения ударной вязкости, усталостной долговечности и трещиностойкости стальных изделий при сохранении их прочности за счет формирования в стали дисперсной смешанной мартенсито-бейнитной структуры, надежности высокопрочных изделий способ включает нагрев заготовки до температуры аустенизации, пластическое деформирование, промежуточное охлаждение в область температур мартенситного превращения, дополнительный нагрев до температуры промежуточного (бейнитного) превращения 350°C и окончательное охлаждение, при этом промежуточное охлаждение после пластического деформирования осуществляют в расплаве селитры, нагретом до температуры 180-270°C, а пластическое деформирование заготовки осуществляют со степенью 20-40%. 2 ил.

 

Предлагаемый способ относится к области машиностроения и может применяться для повышения механических свойств высокопрочных деталей, работающих при воздействии значительных динамических и циклических нагрузок.

Основными недостатками сталей в высокопрочном состоянии являются низкие показатели ударной вязкости, усталостной долговечности и трещиностойкости.

Известен способ термомеханической обработки стальных изделий (а.с. СССР №1321075, опубл. 10.06.1999, МПК C21D 8/00), включающий нагрев до температуры аустенизации, охлаждение, нагрев в межкритический интервал, выдержку, деформацию при этой температуре и охлаждение, отличающийся тем, что, с целью повышения прочности и ударной вязкости, выдержку в межкритическом интервале осуществляют с обеспечением перераспределения легирующих элементов. После деформации осуществляют дополнительный нагрев до температуры закалки, подстуживание в воде до температуры 15-30°C с выдержкой и охлаждение на воздухе.

Основным недостатком данного способа является повторный нагрев до температуры закалки, что приводит к дополнительным затратам на проведение термомеханической обработки.

Известен также способ термомеханически регламентированной обработки стальных изделий (заявка на изобретение РФ №96106747, опубл. 20.07.1998, МПК C21D 1/78), включающий аустенизацию, пластическую деформацию, подстуживание, формообразование для уменьшения разнозернистости и получения заданных механических свойств, подстуживание осуществляют со скоростью 70°C/с до температуры выше температуры начала мартенситного превращения. Последующий нагрев производят до температуры выше АС3 на 20-40°C и изотермическую выдержку при этой температуре, а на последнем переходе осуществляют деформацию со степенью 5-8%.

Основным недостатком данного способа является то, что в стали формируется структура бейнита, не обладающая высоким уровнем прочности и твердости, поэтому изделия, упрочненные таким способом, не могут эксплуатироваться при воздействии значительных динамических и циклических нагрузок.

Наиболее близким к предлагаемому способу является способ термомеханической обработки стальных изделий (прототип) (Бернштейн М.Л. Термомеханическая обработка металлов и сплавов. М.: Металлургия, 1968, т. 1, с.695), включающий нагрев до температуры аустенитизации, пластическую деформацию в процессе изотермической выдержки, охлаждение в области мартенситного превращения до комнатной температуры (закалку) и заключительный отпуск.

Основным недостатком данного способа является то, что в стали в результате закалки формируется структура мартенсита, обладающая высокими внутренними напряжениями, которые могут релаксироваться появлением закалочных микротрещин, что приводит к снижению показателей ударной вязкости, усталостной долговечности и трещиностойкости стальных изделий.

Задачей (техническим результатом) является повышение ударной вязкости, усталостной долговечности и трещиностойкости стальных изделий при сохранении их прочности.

Поставленная задача достигается тем, что в способе термомеханической обработки стальных изделий, включающем нагрев заготовки до температуры аустенизации, пластическое деформирование, промежуточное охлаждение в область температур мартенситного превращения, дополнительный нагрев до температуры промежуточного (бейнитного) превращения 350°C и окончательное охлаждение, промежуточное охлаждение после пластического деформирования осуществляют в расплаве селитры, нагретом до температуры 180-270°С, а пластическое деформирование заготовки осуществляют со степенью 20-40%. На фиг. 1 представлена схема высокотемпературной термомеханической обработки, реализующая способ, на фиг. 2 - таблица механических свойств стали 40Х2Н2МА после различных видов термического упрочнения.

Способ осуществляют следующим образом.

Нагревают заготовку до температуры аустенизации и производят пластическое деформирование заготовки со степенью 20-40%. Пластическое деформирование заготовки после нагрева до температуры аустенитизации со степенью 20-40% обеспечивает формирование в аустените полигонизованной равноосной субзеренной структуры с высокой стабильностью против статической рекристаллизации. При горячей деформации со степенью менее 20% в стали формируется крупнозернистая структура аустенита, что снижает эффект от термомеханической обработки. Увеличение степени деформации более 40% является нерациональным, т.к. не приводит к дальнейшему значительному уменьшению размера зерен в рекристализованной структуре аустенита после горячей деформации. Затем производят промежуточное охлаждение заготовки в расплаве селитры, нагретом до температуры 180-270°С. Охлаждение в расплаве селитры обеспечивает ускоренное охлаждение заготовки до температуры расплава селитры, в результате чего происходит частичный распад аустенита с образованием в стали 40-60% мартенситной фазы. Уменьшение температуры расплава селитры менее 180°С приводит к увеличению количества мартенсита (более 60%) и снижению усталостной долговечности и трещиностойкости стальных изделий. Обработка при температуре более 270°С увеличивает долю бейнитной составляющей и приводит к снижению прочностных характеристик стальных изделий. Затем осуществляют повторный нагрев заготовки до температуры промежуточного (бейнитного) превращения 350°. При этом оставшийся аустенит превращается в структуру нижнего бейнита, а образовавшийся ранее мартенсит отпускается. После чего производят окончательное охлаждение изделия.

Предлагаемая обработка имеет ряд достоинств. Горячая деформация приводит к измельчению зерен аустенита, способствует формированию при охлаждении развитой субструктуры α - твердого раствора и измельчению пластин мартенсита и бейнита. При обработке по предлагаемому способу мартенситное превращение характеризуется своей незавершенностью. Мартенситные кристаллы окружены аустенитом, обеспечивающим релаксацию внутренних напряжений в стали. Кроме того, мартенсит преимущественно образуется в микрообъемах, обедненных углеродом и обладающих повышенной температурой начала мартенситного превращения Мн, что способствует образованию в структуре стали реечного мартенсита, характеризующегося повышенной трещиностойкостью. В результате такой обработки в стали формируется мелкодисперсная смешанная структура, состоящая из нижнего бейнита и продуктов отпуска мартенсита, обеспечивающая повышенную ударную вязкость, усталостную долговечность и трещиностойкость материала изделия при сохранении его высокой прочности.

Пример конкретного выполнения термомеханической обработки изделий из стали марки 40Х2Н2МА со смешанным мартенсито-бейнитным превращением аустенита по предлагаемому способу.

Заготовки из стали нагревают до температуры аустенитизации 910°С и выдерживают при этой температуре в течение 20 минут. Затем производят деформацию заготовок со степенью 40% с последующим ускоренным охлаждением в расплаве солей при температуре 270°С в течение 5 минут. Дальнейшую изотермическую выдержку производят в камерной печи при температуре промежуточного превращения 350°С. Окончательное охлаждение полученных изделий осуществляют на спокойном воздухе.

Способ высокотемпературной термомеханической обработки стальных изделий с мартенсито-бейнитным превращением аустенита (ВТММБ) позволяет обеспечить их высокую прочность, ударную вязкость, усталостную долговечность и трещиностойкость. Стальные изделия, обработанные по технологии ВТММБ, при сопоставимых показателях прочности имеют показатели ударной вязкости полтора раза, а усталостной долговечности при малоцикловой усталости в два раза выше по сравнению с изделиями, упрочненными по известной технологии высокотемпературной термомеханической обработки. Новый технологический процесс целесообразно применять для упрочнения поковок деталей машин, изготавливаемых с использованием технологии горячей объемной штамповки.

Преимущества предлагаемого способа перед прототипом показаны в таблице, приведенной на фиг. 2.

Способ термомеханической обработки стальных изделий, включающий нагрев изделия до температуры аустенизации, пластическое деформирование, промежуточное охлаждение в область температур мартенситного превращения, дополнительный нагрев до температуры промежуточного бейнитного превращения 350°C и окончательное охлаждение, отличающийся тем, что промежуточное охлаждение после пластического деформирования осуществляют в расплаве селитры до температуры 180-270°C, а пластическое деформирование заготовки осуществляют со степенью 30-40%.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к области черной металлургии, в частности к регулированию химического состава стали для получения непрерывнолитой заготовки с ограничением относительного сужения.
Изобретение относится к области металлургии и может быть применено при обработке металлов давлением. Для снижения сопротивления металла деформированию и усиления релаксационных процессов на движущуюся проволочную или полосовую заготовку в области зоны деформации одновременно воздействуют СВЧ-излучением и импульсным током в продольном направлении вдоль заготовки, вызывающего электропластический эффект в металле при амплитудной плотности тока Jm примерно 103 А/мм2, длительности импульсов τ примерно 10-4 сек и частоте следования импульсов в несколько сот Гц в зависимости от скорости движения заготовки.

Изобретение относится к области металлургии, а именно к получению высокопрочных углеродсодержащих инварных сплавов. Способ обработки углеродсодержащего инварного сплава включает закалку и деформационно-термическую упрочняющую обработку.

Изобретение относится к области металлургии, а именно к получению соединительного элемента, используемого в подъемных, крепежных, зажимных и/или связывающих средствах, выполненному из закаливаемой стали.

Изобретение относится к области термомеханической обработки. Для повышения качества обработки детали её разбивают на «n» участков длиной, равной не более восьми диаметров детали, между участками протачивают поперечные радиальные канавки на глубину, равную половине припуска на максимальный диаметр детали, подвешивают деталь вертикально на гибком элементе и фиксируют четный участок, начиная с нижнего конца с помощью захватов, которые размещают внутри проточенных поперечных канавок, осуществляют нагрев указанного участка от источника постоянного тока до температуры отпуска и деформацию растяжением с превышением предела упругости на 2-4% с помощью силовых цилиндров, затем отключают нагрев, выдерживают деталь, разгружают с постоянной нагрузкой до температуры окружающей среды, затем фиксируют следующий четный участок, пропуская нечетные участки, далее аналогично проводят фиксацию, нагрев и деформацию растяжением всех четных участков с одновременным сжатием нечетных участков детали до её верхнего конца.
Изобретение относится к области металлургии, а именно к разработке аустенитной нержавеющей стали для химической промышленности. Сталь содержит, в мас.%: C: не более 0,050, Si: 0,01-1,00, Mn: 1,75-2,50, P: не более 0,050, S: не более 0,0100, Ni: 20,00-24,00, Cr: 23,00-27,00, Mo: 1,80-3,20, N: 0,110-0,180, остальное Fe и примеси.

Изобретение относится к области обработки черных металлов, в частности к повышению механических свойств конструкционных сталей. Для повышения значений показателей ударной вязкости и пластичности без снижения показателей прочности изделие подвергают закалке и высокому отпуску, а затем осуществляют последующую обработку изделия путем воздействия на него в течение 35 мин пульсирующим газовым потоком со скоростью от 25 до 30 м/с, частотой колебаний от 600 до 1000 Гц и переменным звуковым давлением от 80 до 90 дБ.

Изобретение относится к области технологии машиностроения, а именно к упрочнению поверхностного слоя стальных деталей. Осуществляют низкотемпературное азотирование детали, а затем проводят ее поверхностное пластическое деформирование.

Изобретение относится к технологии объемного упрочнения и может быть использовано в машиностроении и других отраслях промышленности, где используется режущий инструмент, технологическая оснастка и др.

Изобретение относится к области машиностроения, а именно к способам поверхностного упрочнения с получением закалочных структур. Для повышения износостойкости деталей машин из закаливаемых металлов, преимущественно из железоуглеродистых сплавов, и создания на поверхности детали полностью или частично закаленного поверхностного слоя с однородными свойствами по его толщине инструментом в виде резца, имеющим режущую и деформирующую кромки послойно подрезают поверхностный слой детали с сохранением его механической связи с деталью по своей узкой стороне, при этом пластически деформируют подрезанные слои рабочими поверхностями инструмента, после чего подрезанные слои укладывают на деталь деформирующей кромкой инструмента.

Изобретение относится к области металлургии, а именно к электроимпульсной обработке твердосплавных пластин режущего инструмента, и может быть использовано в металлообрабатывающей, машиностроительной и инструментальной отраслях промышленности.
Изобретение относится к области металлургии и может быть применено при обработке металлов давлением. Для снижения сопротивления металла деформированию и усиления релаксационных процессов на движущуюся проволочную или полосовую заготовку в области зоны деформации одновременно воздействуют СВЧ-излучением и импульсным током в продольном направлении вдоль заготовки, вызывающего электропластический эффект в металле при амплитудной плотности тока Jm примерно 103 А/мм2, длительности импульсов τ примерно 10-4 сек и частоте следования импульсов в несколько сот Гц в зависимости от скорости движения заготовки.

Изобретение относится к области металлургии. Для исключения образования плотных оксидов в процессе нормализации и повышения качества полосы получают лист нормализованной кремнистой стали путем горячей прокатки и нормализации.

Изобретение относится к металлообрабатывающей промышленности, инструментальному производству и машиностроению. Для улучшения эксплуатационных свойств режущего инструмента и деталей за счет повышения твердости, прочности, износостойкости и ударной вязкости осуществляют обработку деталей в условиях акустического воздействия, включающую нагрев и охлаждение деталей в резонаторной камере при давлении 1,5-4,5 атм, причем нагрев ведут в пределах температур от 150 до 450°C, а охлаждение проводят при воздействии на детали циркулирующим потоком сжатого воздуха на резонансной частоте в диапазоне 500-5000 Гц.

Изобретение относится к области упрочняющей обработки изделий из твердых сплавов. Техническим результатом изобретения является повышение ресурса работы инструментов, деталей машин и механизмов, работающих в условиях резания, трения и абразивного износа.
Изобретение относится к ядерной технике. Для обеспечения надежной работоспособности изделий контура с тяжелым жидкометаллическим теплоносителем за счет повышения коррозионной стойкости стали и механической прочности осуществляют очистку поверхности изделия от внешних загрязнений и последующую механическую обработку поверхностей, контактирующих с теплоносителем.

Изобретение относится к области металлургии и может быть использовано в радиотехнической, электротехнической отраслях промышленности, в приборостроении и в машиностроении.

Изобретение относится к области металлургии для получения полос высокопрочной многофазной стали, используемых в автомобилестроении. Для обеспечения равномерных механических свойств по длине полосы и повышения формовочных свойств холоднокатаную или горячекатаную полосу получают из стали, содержащей, вес.%: C 0,060 до ≤0,115, Al 0,020 до ≤0,060, Si 0,100 до ≤0,500, Mn 1,300 до ≤2,500, P ≤0,025, S ≤0,0100, Cr 0,280 до ≤0,480, Mo ≤0,150, Ti ≥0,005 до ≤0,050, Nb ≥0,005 до ≤0,050, B ≥0,0005 до ≤0,0060, N ≤0,0100, остальное - железо и неизбежные примеси.

Изобретение относится к машиностроению и может быть использовано для поверхностного упрочнения и стабилизации торсионных валов при обработке источниками с высокой концентрацией энергии.

Изобретение относится к области металлургии. Для увеличения на поверхности плоского изделия из электротехнической стали растягивающих напряжений и обеспечения оптимальных магнитных свойств способ изготовления плоского изделия из электротехнической стали с ориентированным зерном с минимальными величинами магнитных потерь состоит из этапов: а) подготовка плоского изделия из электротехнической стали, b) нанесение слоя, содержащего фосфат изоляционного раствора, по меньшей мере, на одну поверхность плоского изделия из электротехнической стали и обжиг нанесенного слоя, после первого проведения этапа b) этот этап b) повторяют, по меньшей мере, один раз, вследствие чего из нанесенных друг за другом друг на друга и обожженных слоев содержащего фосфат изоляционного раствора образуется изоляционное покрытие, при этом при толщине покрытия D до 3 мкм, удельная плотность r покрытия равна ≥ 5 г/м2, а при толщине D больше 3 мкм удельная плотность r покрытия равна r[г/м2]>3/5 г/мкм/м2·D [мкм].

Изобретение относится к химико-термической обработке металлов и может быть использовано для упрочнения деталей машин и инструмента в машиностроительной, металлургической, химической, строительной и других отраслях промышленности. Обмазку разводят в воде до пастообразного состояния, а затем наносят на поверхность детали. На поверхность детали наносят первый слой обмазки толщиной 0,1-0,2 мм, содержащей, мас.%: титан - 50-75, железо - остальное. Второй слой обмазки, содержащей, мас.%: диборид титана - 20-25, карбид бора - 70-75, фторид натрия - 2-3, иодид калия - 2-3, наносят толщиной 3-5 мм. Затем деталь с двухслойной обмазкой сушат на воздухе до получения твердой корки, нагревают в термической печи до температуры 900-1150°С и выдерживают при этой температуре в течение 0,5-4,0 ч. После окончания выдержки деталь закаливают, проводят низкий отпуск при температуре 180-200°С в течение 2 ч. Обеспечивается повышение стойкости и ресурса стальных деталей и энергоэффективности процесса упрочнения. 1 табл., 1 пр.
Наверх