Способ термоциклической обработки сталей

Изобретение относится к 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, выполняют по меньшей мере два цикла нагрева под закалку до температуры гомогенизации аустенита и охлаждения со скоростью, обеспечивающей мартенситное превращение, и отпуск с нагревом со скоростью выше 50°С/сек до температуры не выше Ac1, причем в первом цикле нагрев осуществляется до температуры аустенизации с выдержкой до полной гомогенизации аустенита, во втором и последующих циклах осуществляется высокоскоростной нагрев под закалку со скоростью 50°С/сек без выдержки до температуры, обеспечивающей гомогенизацию аустенита, температура отпуска в каждом последующем цикле ниже, чем предыдущем. Последний отпуск проводится при температуре, обеспечивающей требуемые свойства стали. 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 СПОСОБ ТЕРМОЦИКЛИЧЕСКОЙ ОБРАБОТКИ ИНСТРУМЕНТАЛЬНОЙ СТАЛИ (п. 2131469, RU), заключающийся в многократном нагреве образцов выше AC1 на 130-170°С со скоростью 6-35 град/с, охлаждение в цикле ниже AC1 проводят в расплаве солей до температуры 680-750°С с выдержкой при этой температуре 3-9 мин, охлаждение в масле после нагрева в последнем цикле с последующим отпуском ведут при температуре 200-400°С. Недостатками этого способа являются необходимость использования токсичного расплава солей и невозможность получения субмикронных и нанометрических структур.

Известен способ высокотемпературной термоциклической обработки (циклическая электротермическая обработка), заключающийся в электронагреве со скоростью около 50 К/с до температуры полной аустенизации, охлаждении со скоростью 30-50 К/с до температуры 420-450°С, 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.

Наиболее близким решением является способ термоциклической обработки стальных изделий (№2594925), отличающийся тем, что он включает по меньшей мере два цикла нагрева под закалку со скоростью выше 50°С/с до температуры гомогенизации аустенита без выдержки, охлаждения со скоростью, обеспечивающей мартенситное превращение, и отпуск с нагревом со скоростью выше 50°С/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.

Недостатком данного способа является импульсный нагрев без выдержки в первом цикле. Как правило, импульсный нагрев предназначен для формирования поверхностных слоев. Для изделий, толщина которых превосходит зону термического влияния, часто необходима термическая обработка внутренних объемов для придания требуемой прочности всего изделия.

Сущность изобретения заключается в выполнении по меньшей мере двух циклов нагрева под закалку до температуры гомогенизации аустенита и охлаждения со скоростью, обеспечивающей мартенситное превращение, и отпуск с нагревом со скоростью выше 50°С/сек до температуры не выше Ac1, согласно изобретению в первом цикле нагрев осуществляется до температуры аустенизации с выдержкой до полной гомогенизации аустенита, во втором и последующих циклах осуществляется высокоскоростной нагрев под закалку со скоростью 50°С/сек без выдержки до температуры, обеспечивающей гомогенизацию аустенита, температура отпуска в каждом последующем цикле ниже, чем предыдущем.

Первый цикл:

- нагрев до температуры выше Ас3, но ниже температуры солидуса (плавления стали);

- временная выдержка при этой температуре до полной гомогенизации аустенита во всем объеме изделия;

- охлаждение в среде, обеспечивающей мартенситное превращение;

- кратковременный нагрев стали до температуры ниже Аc1, обеспечивающий распад мартенсита (первый отпуск);

Второй цикл:

- высокоскоростной импульсный нагрев стали со скоростью не ниже 50 К/с до температуры полной гомогенизации аустенита (значительно выше Аc3), но ниже температуры солидуса (плавления стали), причем температура нагрева тем выше, чем выше скорость нагрева;

- после окончания нагрева - охлаждение в среде или охлаждение за счет отвода тепла во внутренние слои металла, обеспечивающее мартенситное превращение;

- кратковременный нагрев стали до температуры ниже температуры нагрева при первом отпуске в первом цикле, обеспечивающий распад мартенсита (второй отпуск).

Следующий цикл подобен предыдущему. Отличием является снижение температуры предыдущего импульсного нагрева под закалку. Это связано с повышением дисперсности структуры стали после предыдущего цикла, что требует меньше времени гомогенизации аустенита. Снижение температуры отпуска во втором и последующих циклах также связано с увеличением дисперсности структуры и направлено на получение высокой твердости и дисперсности стали. Например, в первом цикле максимальная температура отпуска стали соответствует температуре высокого отпуска, во втором - среднего отпуска, а в третьем - низкого отпуска.

Таким образом, в первом цикле после закалки получается крупнозернистая структура, как правило, реечный или игольчатый мартенсит, который после высокого отпуска распадается с образованием троосто-сорбитной структуры.

При выполнении последнего цикла последней операцией является отпуск, обеспечивающий заданные структуру и свойства стали.

Количество циклов определяется требуемыми конечными свойствами стали.

Сущность происходящих процессов при импульсном нагреве заключается в том, что при нагреве до высоких температур происходит гомогенизация аустенита, а высокая скорость нагрева и охлаждения препятствует росту аустенитного зерна. Кратковременный нагрев под отпуск обеспечивает образование на месте мартенситных зерен, трооститной или сорбитной структуры, размеры зерна которой меньше исходных. Измельчение исходной структуры обусловлено образованием на месте исходного зерна множества центров роста новых зерен, рост которых прекращается при охлаждении без выдержки, что приводит к значительному измельчению структуры. Кратковременность нагрева при отпуске уменьшает внутренние напряжения, приводит к распаду аустенита остаточного и препятствует росту перлитных зерен.

Использование импульсного нагрева значительно сокращает время термической обработки. При выполнении описанных выше операций существенно повышается дисперсность структуры стали вплоть до субмикронной величины. После последнего отпуска, как правило, образуется «бесструктурный» мартенсит.

Пример

Первый цикл:

Вал диаметром 50 мм из ст45 нагревается в печи до температуры 850°С, выдерживается в течение 1 часа. Закалка производится в воде. Температура отпуска - 400°С, время отпуска - 1 час. Охлаждение на воздухе.

Второй цикл:

Изделие нагревается до температуры примерно 1100°С со скоростью 70°С/с и сразу после окончания нагрева без временной выдержки производится закалка в воде. Далее производится отпуск - нагрев ТВЧ до температуры 400-420°С со скоростью 50-70°С/с и охлаждение со скоростью, препятствующей росту перлитных зерен (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 и отпуска.

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, включающий циклы нагрева под закалку до гомогенизации аустенита и охлаждения со скоростью, обеспечивающей мартенситное превращение, и отпуск с нагревом со скоростью выше 50°С/сек до температуры не выше Ac1, отличающийся тем, что в первом цикле осуществляют нагрев до температуры аустенизации с выдержкой до полной гомогенизации аустенита, во втором и последующих циклах нагрев под закалку ведут со скоростью не менее 50°С/сек без упомянутой выдержки, а нагрев под отпуск в каждом последующем цикле проводят до температуры ниже предыдущего цикла.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к области металлургии и может быть использовано при термообработке ответственных деталей верхнего строения пути: рельсов, остряковых и рамных рельсов.

Изобретение относится к области сварочного производства и может быть использовано при получении износостойких покрытий на деталях из углеродистых и низколегированных сталях, работающих в условиях абразивного износа.

Изобретение относится к способу лазерного упрочнения полой металлической заготовки. Посредством локального переплава, механической и химической обработкой подготавливают заготовку необходимых размеров в диапазоне (длина×радиус×толщина) от 100×10×2 мм до 1000×1000×12 мм из перлитных, бейнитных или мартенситных закаливающихся сталей марок 30ХГСА, 35ХГСА и пр.

Изобретение относится к устройству ввода газа в тяжелый жидкий металл. Устройство состоит из электродвигателя (12), магнитной муфты (6), вала (1), заборной и рабочей частей устройства, корпуса (5) с отверстиями (9), нижнего вращающегося (2) и верхнего неподвижного (7) диска, кожуха (4), побудителя расхода (10) тяжелого жидкого металла, опорного узла вала (8) с, по меньшей мере, одним каналом (3).

Изобретение относится к многокамерной печи для вакуумной цементации и закалки отдельных обрабатываемых деталей, таких как зубчатые колеса, валы и кольца. Печь содержит три технологические камеры, выполненные в виде камеры нагрева, камеры цементации и диффузионной камеры, которые расположены одна поверх другой с образованием вертикальной компоновки.
Изобретение относится к области металлургии, в частности к термической обработке литых деталей железнодорожного подвижного состава в виде боковых рам тележек грузовых вагонов, изготовленных из сталей марок: 20 ГЛ, 20 ГФЛ, 20 ГТЛ.

Изобретение относится к области металлургии. Для получения желательной микроструктуры, имеющей улучшенные механические свойства, способ включает фазу активного охлаждения, на которой рельс быстро охлаждается от аустенитной температуры, а затем мягко охлаждается, чтобы поддерживать целевую температуру преобразования между определенными значениями обработки охлаждения, выполняемой посредством множества охлаждающих модулей (12.n), каждый охлаждающий модуль содержит множество средств распыления охлаждающей среды на рельс, причем способ отличается тем, что в течение фазы активного охлаждения каждое охлаждающее средство приводится в действие для управления скоростью охлаждения рельса, так что величина превращенного аустенита в рельсе не ниже чем 50% на поверхности рельса и не ниже чем 20% в сердцевине головки рельса.

Изобретение относится к области металлургии, а именно к способам создания острой кубической текстуры в железоникелевых сплавах, и может быть использовано для создания магнитопроводов в электротехнических устройствах, а также в качестве лент-подложек при получении многослойных ленточных сверхпроводников второго поколения.

Изобретение относится к области металлургии, а именно к получению горячепрессованной стальной листовой детали, используемой в автомобилестроении. Сталь имеет следующий химический состав, мас.%: C: от 0,10 до 0,34; Si: от 0,5 до 2,0; Mn: от 1,0 до 3,0; растворимый Al: от 0,001 до 1,0; P: 0,05 или менее; S: 0,01 или менее; N: 0,01 или менее; Ti: от 0 до 0,20; Nb: от 0 до 0,20; V: от 0 до 0,20; Cr: от 0 до 1,0; Mo: от 0 до 1,0; Cu: от 0 до 1,0; Ni: от 0 до 1,0; Ca: от 0 до 0,01; Mg: от 0 до 0,01; REM: от 0 до 0,01; Zr: от 0 до 0,01; B: от 0 до 0,01; Bi: от 0 до 0,01; остальное: Fe и примеси.

Изобретение относится к области металлургии, а именно к производству рельсов из перлитной стали. Сталь имеет химический состав, содержащий, в мас.%: С 0,71-0,82, Si 0,25-0,45, Mn 0,75-1,05, V 0,03-0,15, Р≤0,030, S≤0,035, Al≤0,040, Fe и неизбежные примеси – остальное.

Изобретение относится к области металлургии. Для обеспечения высокой твердости в сочетании с высокой пластичностью предложен способ формирования и обработки стального изделия из высокопрочного и высокопластичного сплава, в частности, предназначенного для использования в качестве броневой плиты. Способ включает стадии обеспечения наличия исходного материала для стального изделия, нагрева исходного материала до температуры пикового диапазона в течение времени менее десяти секунд, выдержки нагретого стального изделия при температуре пикового диапазона в течение двух-шести секунд, закалки нагретого стального изделия с пиковых температур до температуры ниже 100°C со скоростью охлаждения от 400 до 3000°C/с, удаления остаточных закалочных сред с поверхности закаленного изделия, отпуска закаленного стального изделия при температуре от 100 до 260°C; и охлаждения на воздухе до температуры ниже 100°C, чтобы сформировалась сталь, обладающая заданными механическими свойствами. 4 н. и 106 з.п. ф-лы, 2 табл., 14 ил.

Изобретение относится к области металлургии, а именно к производству бесшовного трубного изделия, и может быть использовано в нефтяных и газовых скважинах. Бесшовное трубное изделие нефтегазопромыслового сортамента в виде трубки или трубы из высокопрочной нержавеющей стали имеет состав, мас.%: С 0,05 или менее, Si 0,5 или менее, Mn от 0,15 до 1,0, P 0,030 или менее, S 0,005 или менее, Сr от 15,5 до 17,5, Ni от 3,0 до 6,0, Мо от 1,5 до 5,0, Cu 4,0 или менее, W от 0,1 до 2,5, N 0,15 или менее, и остальное состоит из Fe и случайных примесей. Трубное изделие характеризуется высокой прочностью и коррозионной стойкостью к диоксиду углерода. 4 н. и 8 з.п. ф-лы, 2 табл.

Изобретение относится к области металлургии, конкретно к термической обработке горячекатаного рулонного проката из легированных доэвтектоидных сталей типа 50ХГФА, предназначенного для изготовления нажимных пружин сцепления. Для обеспечения требуемых механических свойств и микроструктурных характеристик проката, стабильных и однородных по длине, прокат подвергают трехцикличному отжигу, при этом нагрев проката в каждом цикле ведут со скоростью 20-60°C/ч до температуры Ac1+(10-40)°C, выдерживают в течение 10-20 часов, охлаждают со скоростью 20-40°C/ч до температуры Ar1-(10-40)°C, выдерживают при данной температуре в течение времени τ=(m+5)×К, где m - масса максимального рулона в стопе, т, К=1,30-2,0 - эмпирический коэффициент, полученный опытным путем, и охлаждают. 1 табл.

Изобретение относится к 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, выполняют по меньшей мере два цикла нагрева под закалку до температуры гомогенизации аустенита и охлаждения со скоростью, обеспечивающей мартенситное превращение, и отпуск с нагревом со скоростью выше 50°Ссек до температуры не выше Ac1, причем в первом цикле нагрев осуществляется до температуры аустенизации с выдержкой до полной гомогенизации аустенита, во втором и последующих циклах осуществляется высокоскоростной нагрев под закалку со скоростью 50°Ссек без выдержки до температуры, обеспечивающей гомогенизацию аустенита, температура отпуска в каждом последующем цикле ниже, чем предыдущем. Последний отпуск проводится при температуре, обеспечивающей требуемые свойства стали. 1 пр.

Наверх