Способ термоциклической обработки стали

Изобретение относится к области металлургии и машиностроению и может быть использовано для термической обработки сталей. Для повышения срока службы деталей машин и инструмента, изготовленных из легированных, низколегированных и углеродистых сталей, проводят термоциклическую обработку путем нагрева до температуры закалки без выдержки, охлаждения и отпуска. Причем максимальные температуры нагрева в каждом последующем цикле снижают. Температуры закалки выбираются из условия гомогенизации аустенита, а отпуска из условия распада мартенсита. Причем последний отпуск проводится при температуре, обеспечивающей требуемые свойства стали. В результате такой термоциклической обработки получается особо мелкозернистая структура вплоть до нанометрической, что обеспечивает высокие эксплуатационные свойства стального изделия. 1 пр.

 

Изобретение относится к металлургии и машиностроению и может быть использовано для термической обработки стальных изделий. Задачей изобретения является повышение срока службы деталей машин и инструмента, изготовленных из легированных, низколегированных и углеродистых сталей.

Известен способ термоциклической обработки низколегированных и углеродистых сталей (п. 2135605, RU), заключающийся в термоциклической обработке деталей, при котором нагрев производят до температуры гомогенизации аустенина со скоростью 3-5°C/мин, а охлаждение - со скоростью, обеспечивающей сорбитное, или мартенситное, или бейнитное превращение до температуры на 50-100°C ниже Ar1, или Мк, или Бк. Недостатком этого способа является длительность процесса обработки стали, обусловленная медленным нагревом и необходимостью проведения большого количества циклов обработки, также невозможностью получения субмикронных и нанометрических структур.

Известен также способ термоциклической обработки стальных деталей (п. 2024627, RU), суть которого: стальную деталь нагревают 3…4 раза до температур выше Ac1 со скоростью 150…180°C/мин и охлаждают. Причем в промежутках между нагревами охлаждают на воздухе, а в последнем цикле до 650…630°C на воздухе, далее в масле с температурой 80…90°C. Недостатком этого способа является невозможность получения субмикронных и нанометрических структур.

Известен также способ термоциклической обработки инструментальной стали (п. 2131469, RU), заключающийся в многократном нагреве образцов выше AC1 на 130-170°C со скоростью 6-35 град/с, охлаждение в цикле ниже AC1 проводят в расплаве солей до температуры 680-750°C с выдержкой при этой температуре 3-9 мин, охлаждение в масле после нагрева в последнем цикле с последующим отпуском ведут при температуре 200-400°C. Недостатками этого способа являются необходимость использования токсичного расплава солей, невозможность получения субмикронных и нанометрических структур.

Наиболее близким к предложенному техническому решению является способ высокотемпературной термоциклической обработки (циклическая электротермическая обработка), заключающийся в электронагреве со скоростью около 50°C/с до температуры полной аустенизации, охлаждении со скоростью 30-50°C/с до температуры 420-450°C, отвечающий температуре наиболее быстрого изотермического распада аустенита и выдержке его при этой температуре. По окончании выдержки циклы повторяют, в последнем термоцикле осуществляют закалку из аустенитного состояния (Федюкин В.К., Смагоринский М.Е. Термоциклическая обработка металлов и деталей машин. - Л.: Машиностроение, 1989, с. 27).

Недостатки данного способа:

- для получения особо мелкодисперсной структуры стали требуется многократное повторение циклов, т.к. при изотермическом распаде аустенита получаются перлитные зерна, имеющие наследственно большие размеры (измельчение происходит только за счет фазового наклепа);

- невозможно получение субмикронной-нанокристаллической структуры, т.к. используется в термоциклах временная выдержка, приводящая к росту зерен.

Сущность способа термоциклической обработки сталей заключается в выполнении двух и более чередующихся циклов нагрева и охлаждения, каждый из которых включает следующие операции: нагрев под закалку со скоростью выше 50°C/с до температуры, обеспечивающей гомогенизацию аустенита, охлаждения со скоростью, обеспечивающей мартенситное превращение и отпуск с нагревом со скоростью выше 50°C/с до температуры, обеспечивающей повышение дисперсности структуры, но ниже температуры Ac1, причем каждую операцию нагрева завершают без временной выдержки перед охлаждением, а последующие циклы начинаются с нагрева под закалку до температуры ниже, чем в предыдущем цикле, и завершаются отпуском.

Каждый последующий цикл подобен предыдущему. Отличием является снижение максимальной температуры импульсного нагрева под закалку. Это связано с повышением дисперсности структуры стали после предыдущего цикла и, следовательно, более быстрой гомогенизацией аустенита.

При выполнении последнего цикла последней операцией является отпуск, обеспечивающий заданные структуру и свойства стали - дисперсность зеренной структуры и твердость.

Количество циклов определяется требуемыми конечными свойствами стали.

Сущность происходящих процессов заключается в том, что при первом импульсном нагреве до высоких температур происходит гомогенизация аустенита, а высокая скорость нагрева и охлаждения препятствует росту аустенитного зерна. В первом цикле после закалки образуется, как правило, крупнозернистая структура - реечный или игольчатый мартенсит. Кратковременный нагрев под отпуск обеспечивает образование на месте мартенситных зерен, трооститной или сорбитной структуры, размеры зерна которой меньше исходных зерен до начала обработки. Измельчение исходной зеренной структуры обусловлено образованием на месте исходного зерна множества центров роста новых фаз, рост которых прекращается при охлаждении без выдержки, что приводит к значительному измельчению структуры. Кратковременность нагрева при отпуске препятствует росту перлитных зерен.

Технический результат использования импульсного нагрева значительно сокращает время термической обработки. Даже после однократного выполнения 4-х описанных выше операций существенно измельчается структура стали вплоть до субмикронной величины, что позволяет повысить эксплуатационные характеристики изделий - износостойкость, твердость, ударную вязкость, коррозионную стойкость.

Пример

Первый цикл:

Изделие из пружинной стали 65Г нагревается токами высокой частоты (ТВЧ) до температуры примерно 1300°C со скоростью 70°C/с, и сразу после окончания нагрева без временной выдержки производится закалка в масле. Далее производится отпуск-нагрев ТВЧ до температуры 450-480°C со скоростью 50-70°C/с на той же установке и охлаждение со скоростью, препятствующей росту перлитных зерен (в масле, в воде или на воздухе).

Второй цикл:

Изделие нагревается до температуры примерно 1100°C со скоростью 70°C/с, и сразу после окончания нагрева без временной выдержки производится закалка в масле. Далее производится отпуск-нагрев ТВЧ до температуры 420-450°C со скоростью 50-70°C/с на той же установке и охлаждение со скоростью, препятствующей росту перлитных зерен (в масле, в воде или на воздухе).

Если первые два цикла не обеспечивают требуемые свойства стали, то выполняется дополнительно один или более циклов по тому же принципу с последующим снижением температуры закалки.

В последнем цикле температура и длительность отпуска выбираются из условия требуемой конечной структуры и свойств стали. Как правило, получается бесструктурный мартенсит отпуска (зеренная структура не выявляется с использованием оптических микроскопов - размер зерна менее микрона), троосто-мартенсит или особо мелкодисперсная трооститная структура в зависимости от температуры и временной выдержки.

Способ термоциклической обработки стальных изделий, отличающийся тем, что он включает по меньшей мере два цикла нагрева под закалку со скоростью выше 50°C/с до температуры гомогенизации аустенита без выдержки, охлаждения со скоростью, обеспечивающей мартенситное превращение, и отпуск с нагревом со скоростью выше 50°C/с до температуры ниже Ac1 с получением мелкодисперсной структуры стального изделия, причем в каждом последующем цикле нагрев под закалку проводят до температуры ниже, чем в предыдущем цикле.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к области индукционного нагрева. Для повышения надёжности работы устройства для индукционного нагрева токопровод выполнен из восьми равных по длине гибких медных изолированных проводов, при этом попарно: первый-второй и седьмой-восьмой ряды прямой ветви, а третий-четвёртый и пятый-шестой ряды, расположенные по краям обратной ветви, на середине устройства перекрёстно меняются рядами, причём концы первого-второго и седьмого-восьмого рядов прямой ветви занимают средние ряды обратной ветви, а концы третьего-четвёртого и пятого-шестого рядов обратной ветви занимают средние ряды прямой ветви.

Изобретение относится к винту, имеющему головку, прилегающую к ней удерживающую секцию и функциональный наконечник. Для использования винта в качестве самонарезающего и возможности выдерживать высокие нагрузки винт имеет функциональный наконечник с большей твердостью, чем удерживающая секция.

Изобретение относится к способу снижения остаточных напряжений и может быть использовано при производстве сварных конструкций. Воздействуют потоком дроби направленным на поверхность сварного соединения.
Изобретение относится к области металлургии и может быть использовано в области машиностроения и других отраслях промышленности. Техническим результатом изобретения является получение стабильных результатов закалки и повышение механических свойств.

Изобретение относится к управлению атмосферой в камере с защитным газом для непрерывной обработки металлических полос. Технический результат - повышение качества управления.

Изобретение относится к области термической обработки изделий из графитизированных чугунов и может быть использовано в энергомашиностроении, двигателестроении, сельхозмашиностроении и других отраслях промышленности.

Изобретение относится к области термической обработке и может быть использовано при обработке заготовок высоконагруженных конструкций из стали 20Х13 и 30Х13 с заданными одновременно механическими и магнитными свойствами, в частности, при производстве короткозамкнутых роторов дисковой формы для торцевых гистерезисных двигателей высокооборотных центробежных устройств.

Изобретение относится к области металлургии. Для исключения возникновения дефектов кромки при производстве горячекатаной кремнистой стали и получения горячекатаной кремнистой стали с поверхностью хорошего качества способ изготовления горячекатаной кремнистой стали включает нагрев, черновую прокатку и чистовую прокатку плоской заготовки из кремнистой стали.

Изобретение относится к нанесению металлического покрытия на стальную ленту (1). Для повышения коррозионной стойкости покрытия проводят оплавление покрытия посредством индукционного нагрева с помощью по меньшей мере одной катушки (2) индуктивности при максимальной температуре (ПТМ), превышающей температуру плавления (Ts) материала покрытия, затем в охлаждающем устройстве (3) охлаждают до температуры (ТА) быстрого охлаждения, лежащей ниже температуры плавления, при этом покрытие в течение времени (th) выдерживают при температуре, превышающей температуру плавления (TS), и что время выдержки (th) посредством перемещения по меньшей мере одной катушки (2) индуктивности относительно охлаждающего устройства (3) согласуют с максимальной температурой (ПТМ) и толщиной покрытия, чтобы полностью расплавить покрытие на всю его толщину вплоть до слоя, граничащего со стальной лентой.

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.
Изобретение относится к термохимической обработке поверхности металлов. Для увеличения коррозионной стойкости металлического изделия осуществляют механическую обработку поверхности изделия с обеспечением поверхностного наклепа и пассивацию поверхности изделия, при этом механическую обработку поверхности изделия проводят до достижения шероховатости поверхности со средним арифметическим отклонением профиля Ra не более 1,6 мкм, степени наклепа не ниже 5% , глубины наклепа не менее 8мкм, а пассивацию поверхности изделия проводят до получения слоя оксидной пленки толщиной не менее Ra + 1 мкм. 2 н. и 5 з.п. ф-лы.

Изобретение относится к изготовлению мелющих шаров. Осуществляют нагрев непрерывнолитой заготовки, прокатку на сортовом стане горячей прокатки круглых заготовок соответствующего размера, последующий их нагрев в индукционном устройстве, прокатку из них шаров на стане поперечно-винтовой прокатки при температуре 950-1050°C, подстуживание шаров перед закалкой, закалку и самоотпуск шаров в контейнерах. Изготавливают квадратную непрерывнолитую заготовку сечением (100-150)×(100-150) мм. Нагрев круглых заготовок производят в индукционном устройстве до температуры на выходе из индукторов 1070-1140°C. Подстуживание шаров до температуры закалки 840-900°C осуществляют в подстуживающем барабане со скоростью его вращения в диапазоне 6,0-22,0 об/мин с выравниванием температуры шаров по сечению за счет вращения шаров в барабане в течение менее 2 мин. Закалку шаров производят в закалочном барабане со скоростью его вращения в диапазоне 0,4-2,5 об/мин проточной водой температурой 25-42°C до температуры шаров после закалки 125-160°C. В результате повышается эксплуатационная стойкость шаров, обеспечивается равномерная твердость по сечению шара, высокая твердость на его поверхности и в центральной зоне и исключается образование трещин. 2 з.п. ф-лы, 3 табл.

Изобретение относится к области металлургии. Для уменьшения потерь энергии в трансформаторах во время работы получают лист электротехнической текстурированной стали, имеющий характеристики потерь в железе в диапазоне возбуждения от 1,5 до 1,9 Тл, в котором вблизи областей линейных деформаций сформировано остаточное напряжение 150 МПа или более, причем каждая такая область имеет протяженность на 300 мкм или менее в направлении прокатки и на 42 мкм или более в направлении толщины листа, а области линейных деформаций сформированы периодически с интервалами от 2 мм до 10 мм в направлении прокатки. 6 н. и 5 з.п. ф-лы, 4 табл., 4 ил.

Изобретение относится к области металлургии. Для обеспечения упрочненной поверхности контактных зон зубчатого колеса способ включает изготовление заготовки зубчатого колеса с зонами для упрочнения, затем последовательные этапы цементации с охлаждением без закалки, индукционного нагрева упомянутых зон до температуры аустенизации стали и закалки. 2 н. и 4 з.п. ф-лы, 4 ил.

Изобретение относится к области термической обработки и может найти применение для упрочнения, в частности литых элементов тележек железнодорожных вагонов. Для повышения ударной вязкости литых изделий, работающих в условиях воздействия низких температур и циклических нагрузок и повышения производительности, осуществляют двухступенчатую нормализацию с нагревом, выдержкой и охлаждением со скоростью 0,2-0,4°C/с и последующий отпуск, при этом на первой ступени нагревают до температуры 930-980°C, выдерживают 2,5-3 часов и охлаждают до 450-600°C, а второй ступени нагревают до температуры 900-950°C, выдерживают в течение 2,5-3 часов и охлаждают до 450-600°C, причем отпуск ведут при 500-680°C в течение 2-2,5 часов с последующим охлаждением до температуры не выше 80-100°C. Устройство для реализации способа включает зоны загрузки и выгрузки отливок, последовательно установленные проходные: печь, первую камеру охлаждения, вторую печь, вторую камеру охлаждения, печь отпуска и третью камеру охлаждения, транспортирующие тележки, рельсовую линию дискретного перемещения тележек через печи и камеры охлаждения. 2 н. и 5 з.п. ф-лы, 4 ил., 1 табл.

Изобретение относится к области металлургии. Для улучшения механической обрабатываемости заготовки из мартенситной нержавеющей стали способ термической обработки заготовки включает этапы: 1) нагрев заготовки до температуры выше температуры аустенизации TAUS стали, охлаждение до достижения самой горячей частью заготовки температуры, которая меньше или равна максимальной температуре Tmax и больше или равна минимальной температуре Tmin, со скоростью охлаждения, предупреждающей превращение аустенита в феррито-перлитную структуру, 2) первый отжиг с охлаждением до достижения самой горячей частью заготовки температуры, которая меньше или равна Tmax и больше или равна Tmin, 3) второй отжиг с последующим охлаждением до температуры окружающей среды TA. Максимальная температура Tmax меньше или равна температуре MF' окончания мартенситного превращения при охлаждении междендритных объемов в стали. В конце каждого из этапов 1) и 2) проводят подэтап ω) при достижении самой горячей частью заготовки максимальной температуры Tmax, заготовку повторно нагревают до температуры не ниже Tmax. 9 з.п. ф-лы, 3 ил.

Изобретение относится к области металлургии, а именно к способу термической обработки изделий из малоуглеродистой хромомолибденовой стали и может быть использовано для упрочнения труб нефтяного сортамента, например, насосно-компрессорных и обсадных. Для получения изделий с высокой коррозионной стойкостью в агрессивных средах, содержащих сероводород в соответствии с международным стандартом API Spec 5CT/ISO 11961 и углекислый газ, и высоким уровнем прочностных свойств (предел текучести от 552 до 800 МПа), изделие подвергают термической обработке, включающей нагрев под аустенитизацию до температуры Ас3+(50…80)°С с выдержкой не менее 30 минут, охлаждение в воде до температуры не более 100°С и нагрев под отпуск до температуры не более (Ac1-15)°С с выдержкой не менее 30 минут. 1 табл.

Изобретение относится к области поверхностного упрочнения деталей машин и механизмов с помощью лазерной обработки и может быть применено в машиностроении, в частности, для упрочнения резьбовых соединений труб и соединительных муфт. Способ включает обработку поверхности резьбового соединения лазерным лучом путем формирования пятна нагрева лазерного луча диаметром, равным шагу резьбы, и перемещения луча вдоль образующей резьбовой поверхности при ее вращении относительно продольной оси. Лазерный луч за один оборот вращения резьбовой поверхности, механически связанной с оптической системой лазерного луча, перемещают на величину, равную шагу резьбы. Перед лазерной обработкой производят чернение обрабатываемой резьбовой поверхности за исключением зон, прилегающих к вершине резьбы и резьбовой канавки, на величину не менее 10% от длины боковой поверхности резьбы. Формирование пятна нагрева осуществляют на боковой поверхности резьбы, а лазерную обработку поверхности ведут под углом, на 2-3° превышающим угол наклона резьбовой поверхности относительно оси вращения резьбового соединения. Повышается механическая прочность резьбового соединения за счет устранения слоя с закалочной структурой, обладающей высокой хрупкостью. 2 табл.

Изобретение относится к области индукционного нагрева стального листа. Для предотвращения коробления независимо от наличия или отсутствия фиксирующих роликов стального листа способ нагрева стального листа включает предварительный нагрев центральной части по ширине стального листа электромагнитной катушкой индукционного нагрева, имеющей выпуклую форму, проецируемую на поверхность стального листа в сторону ввода быстро нагреваемого непрерывно перемещающегося стального листа, в результате чего изотерма стального листа при нагреве имеет выпуклую форму в сторону ввода, так что формируется большая складка на стальном листе, и также предлагает устройство нагрева, используемое в этом способе. 2 н. и 7 з.п. ф-лы, 11 ил., 1 табл.

Изобретение относится к изготовлению листа из текстурированной электротехнической стали. Для повышения производительности процесса при изготовлении листа поверхность листа толщиной t облучают электронным пучком в направлении, пересекающем направление прокатки, и регулируют энергию E(t) облучения при выполнении следующего соотношения: Ewmin (0.23) x (1,61- 2,83 x t (мм))≤ E(t) ≤ Ewmin (0.23) x (1,78 - 3,12 x t (мм)), где Ewmin (0.23) - энергия облучения, при которой минимальны потери в железе для материала с толщиной листа t 0.23мм. 2 н. и 1 з.п. ф-лы, 3 ил., 1 табл.

Изобретение относится к области металлургии и машиностроению и может быть использовано для термической обработки сталей. Для повышения срока службы деталей машин и инструмента, изготовленных из легированных, низколегированных и углеродистых сталей, проводят термоциклическую обработку путем нагрева до температуры закалки без выдержки, охлаждения и отпуска. Причем максимальные температуры нагрева в каждом последующем цикле снижают. Температуры закалки выбираются из условия гомогенизации аустенита, а отпуска из условия распада мартенсита. Причем последний отпуск проводится при температуре, обеспечивающей требуемые свойства стали. В результате такой термоциклической обработки получается особо мелкозернистая структура вплоть до нанометрической, что обеспечивает высокие эксплуатационные свойства стального изделия. 1 пр.

Наверх