Способ термоциклической обработки стали


 

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 2594925:

Козырь Игорь Григорьевич (RU)
Комоликов Алексей Сергеевич (RU)

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.
Наверх