Способ термической обработки литых деталей из низколегированных и углеродистых сталей



Способ термической обработки литых деталей из низколегированных и углеродистых сталей
Способ термической обработки литых деталей из низколегированных и углеродистых сталей
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 2672718:

Открытое акционерное общество (ОАО) "Научно-исследовательский институт "Лопастных машин" ("НИИ ЛМ") (RU)

Изобретение относится к области металлургии и может быть использовано при термоциклической обработке (ТЦО) сталей перлитного класса, применяемых в нефтяной, газовой промышленности, вагоностроении и других отраслях машиностроения. Для повышения ударной вязкости при отрицательных температурах до минус 60°C. проводят высокотемпературную аустенитизацию литой детали при температуре на 100-150°C выше точки Ас3 с выдержкой 2,5-3,0 мин на 1 мм сечения, затем многократные нагрев и охлаждение из межкритического интервала, последующую закалку из межкритического интервала с охлаждением в воде и ступенчатый отпуск с нагревом сначала до 400°C с выдержкой 1,5-2 ч, а затем до 600°C с выдержкой 3 ч. 1 з.п. ф-лы, 2 табл., 2 пр.

 

Изобретение относится к термоциклической обработке (ТЦО) и может быть использовано при термоциклической обработке сталей перлитного класса, применяемых в нефтяной, газовой промышленности, вагоностроении и других отраслях машиностроения.

Известен способ термической обработки легированных конструкционных сталей, включающий двойную закалку и отпуск, отличающийся тем, что, с целью повышения ударной вязкости, первую закалку ведут до Ас3+(200-300)°C, а нагрев под вторую закалку до Ас3+(5-10)°C ведут ступенчато с выдержкой при Ac1-(5-10)°C до завершения процесса полигонизации [SU 1423607 A1, C21D 1/78, C21D 1/18, 15.09.88].

Недостатком данного режима является необходимость подстуживания на воздухе до температуры Ac1-(5-10)°C, что требует организации дополнительной площадки подстуживания с контролирующей аппаратурой для замера температуры охлаждения. Несоблюдение этой температуры приводит к нарушению процессов полигонизации и как следствие нестабильность ударной вязкости при температуре минус 60 градусов. Кроме того, из-за колебаний химического состава отливок в пределах марочного состава температура полигонизации будет меняться, что приведет к разбросу значений ударной вязкости, особенно при отрицательных температурах

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому эффекту является способ термоциклической обработки низколегированных и углеродистых сталей, включающий многократные нагревы и охлаждения, согласно которому нагрев проводят до температуры гомогенизации аустенита 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 [RU 2135605 C2, C21D 1/78, C21D 1/18, 27.08.1999].

Этот режим эффективен для кованных изделий, а для литых деталей из-за дендритной ликвации не обеспечивается необходимый уровень ударной вязкости при температуре минус 60°C.

Целью заявляемого изобретения является повышение ударной вязкости литых деталей из углеродистых и низколегированных сталей перлитного класса при температуре минус 60°C.

Поставленная цель достигается тем, что согласно способу термоциклической обработки литых деталей из низколегированных и углеродистых сталей, включающему высокотемпературную аустенитизацию при температуре на 100-150°C выше точки Ас3, с выдержкой 2,5-3,0 мин на 1 мм сечения, многократные нагревы и охлаждения (не менее 3 циклов) в межкритическом интервале температур со скоростью, обеспечивающей перлитное или сорбитное, или бейнитное, или мартенситное превращение до температуры на 50-100°C ниже Ar1 или Бк, или Мк и окончательного охлаждения на воздухе или в закалочной жидкости и ступенчатый высокотемпературный отпуск со ступенью при температуре 400°C с выдержкой 1,5-2 ч.

Эффективность воздействия ТЦО определяется характером структурного строения - измельчением зерен, изменением их форм и ориентировки, обеспечением структурной однородности, а также изменением концентрации дефектов кристаллического строения. Основным структурным изменением при ТЦО является сильное измельчение зерна, которое, как правило, сопровождается уменьшением разнозернистости и более однородным распределением химических элементов. Одна из причин, вызывающих эти изменения в структуре стали состоит в интенсификации диффузии за счет усиления теплофизических факторов. Накопление дислокаций и образование полигональной субструктуры после ТЦО дают основание полагать, что ответственным за формирование дислокационной структуры при ТЦО сталей являются полиморфные превращения, приводящие к фазовому наклепу, в основном за счет разницы удельных объемов и модулей упругости. Образующийся фазовый наклеп сопровождается рекристаллизацией, которая по мере накопления деформации монотонно повторяется от цикла к циклу.

Микроструктура стали в литом состоянии крупнокристаллическая и неоднородная и в закаленном состоянии сталь имеет большой разброс показателей микротвердости и ударной вязкости. Применение высокотемпературной аустенитизации при температуре на 100-150°C выше точки Ас3, с выдержкой 2,5-3,0 мин на 1 мм сечения, обусловлено тем, что при этой температуре процесс миграции границ в механизме укрупнения зерен преобладает, такой нагрев исправляет перегрев литой структуры, но размер зерна получаемого после высокотемпературной аустенитизации получается относительно большим, но более равномерным по размеру.

Многократный нагрев и охлаждение из межкритического интервала формирует мелкокристаллическую микроструктуру и способствует однородности значений механических свойств и повышает значения ударной вязкости. Такая термическая обработка позволяет устранить грануляционную литейную сетку и существенно измельчить зерно.

Поэтому введение термической обработки из межкритического интервала позволяет исправить крупнозернистость, полученную после высокотемпературной аустенитизации и получить мелкое действительное зерно (примерно 8-10 балл). Такая термическая обработка обеспечивает повышение пластичности при сохранении прочности, уменьшает остаточные напряжения после термообработки и кроме того при равной прочности предел выносливости у мелкозернистой стали значительно выше, чем у стали с крупным зерном.

Проведение высокотемпературного отпуска со ступенькой при 400°C с выдержкой 1.5-2 ч обеспечивает выделение высокой плотности зародышей вторичных фаз, которые при более высокой температуре способны к росту и способствуют образованию гораздо более дисперсной структуры, чем при отпуске при более высокой температуре сразу после закалки, благодаря более правильному пространственному расположению частиц и меньшему разбросу их по размерам. Мельчайшие сферические частицы вторичных выделений расположены равномерно по телу и границам зерна. Все это способствует значительному росту ударной вязкости при температуре минус 60°C.

В качестве конкретного примера выполнения изобретения, предлагаемый способ термоциклической обработки литых деталей опробован на стали 20ГМЛ ОСТ 26-07-402-83 (химический состав см. таблица 1). В настоящее время отливки из стали 20ГМЛ подвергают нормализации при температуре 900-920°C, выдержке 10-12 ч и отпуску при температуре 600-650°C, выдержке 10-12 ч, охлаждению на воздухе (СТ ЦКБА 014-2004).

Критические точки стали 20ГМЛ: Ac1=730°C, Ас3=845°C, Ar1=650°C, Мн=380°C.

Режим 1.

Переохлаждение до температуры ниже Ar1.

Заготовки из стали 20ГМЛ нагревались до температуры 950°C, выдерживались 4 ч. после прогрева и охлаждались до 550-600°C в течение 0,5 ч., затем нагревались до 800°C в течение 0,5 ч. Циклы охлаждения до 550-600°C и нагрева до 800°C повторяли 3 раза. Последнее охлаждение от 800°C проводили в воду. После закалки проводили отпуск при температуре 600°C со ступенькой в процессе нагрева при 400°C с выдержкой 1,5 ч. Выдержка при 600°C составляла 3 ч.

Благодаря нагреву до 950°C исходная литая структура превращается в аустенитную и при выдержке происходит гомогенизация аустенита, а при последующем трехкратном термоциклировании с температур 800°C зерно существенно измельчается до 8-10 балла. Ступенчатый отпуск обеспечил структуру мелкозернистого перлита. Проведение предложенного режима термической обработки позволило получить высокий предел текучести и ударную вязкость при температуре минус 60°C.

Режим 2.

Переохлаждение до температуры ниже Мк.

Заготовки из стали 20ГМЛ ОСТ 26-07-402-83 нагревались до температуры 950°C, выдерживались 4 ч после прогрева и охлаждались до 20°C, затем нагревались до 800°C в течение 0,5 ч. Циклы охлаждения до 20°C и нагрева до 800°C повторяли 3 раза. Охлаждение проводилось в воду. После закалки проводили отпуск при температуре 600°C со ступенькой в процессе нагрева при 400°C с выдержкой 1,5 ч. Выдержка при 600°C составляла 3 ч.

Полученные механические свойства приведены в таблице 2.

Предложенный способ термоциклической обработки обеспечивает высокий уровень и стабильность характеристик при рабочих температурах до минус 60°C, что обеспечивает повышенный ресурс работы современного нефтяного, газового оборудования и оборудования других отраслей машиностроения.

Технологические процессы ТЦО состоят из операций многократных нагревов и охлаждений, режимы которых имеют характерное отличие от традиционных методов термообработки: отсутствие выдержки при осуществлении многократных нагревов и охлаждений с оптимальными скоростями.

Использование заявляемого изобретения позволяет существенно упростить режим термоциклической обработки литых деталей из низколегированных и углеродистых сталей и получить более высокий комплекс механических свойств, превосходящий комплекс механических свойств, получаемых традиционными методами термоциклической обработки, особенно значения ударной вязкости литых деталей из низколегированных и углеродистых сталей при температуре до минус 60°C.

1. Способ термоциклической обработки литых деталей из низколегированных и углеродистых сталей, включающий высокотемпературную аустенитизацию при температуре на 100-150°C выше точки Ас3 с выдержкой 2,5-3,0 мин на 1 мм сечения детали, охлаждение, многократные нагрев до температуры межкритического интервала и охлаждение до температуры Ar1 – (100-150)°C со скоростью, обеспечивающей получение структуры перлита, последующую закалку путем нагрева до температуры межкритического интервала с охлаждением в воде и ступенчатый отпуск с нагревом сначала до температуры 400°C с выдержкой 1,5- 2 ч, а затем до 600°C с выдержкой, составляющей 3 ч.

2. Способ по п. 1, в котором количество циклов нагрева и охлаждения в межкритическом интервале составляет не менее 3.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к производству стальной полосы с отожженным цинковым покрытием. Способ включает стадии, согласно которым сталь подвергают цинкованию с последующим отжигом с получением покрытия на стали и оцинкованную отожженную сталь подвергают термообработке с предварительным легированием, проведенной перед горячей штамповкой при температуре в диапазоне от 850°F (454°C) до 950°F (510°C).

Изобретение относится к холоднокатаному и отожженному стальному листу. Для повышения предела прочности при растяжении и предела текучести и обеспечения подходящей пластичности, заготовку, содержащую, мас.%: 0,10≤C≤0,13, 2,4≤Mn≤2,8, 0,30≤Si≤0,55, 0,30≤Cr≤0,56, 0,020≤Ti≤0,0500,0020≤B≤0,0040, 0,005≤Al≤0,050, Mo≤0,010, Nb≤0,040, 0,002≤N≤0,008, S≤0,005, P≤0,020, остальное - железо и неизбежные примеси, нагревают, подвергают горячей прокатке для получения горячекатаного листа, охлаждают и подвергают лист холодной прокатке, отжигу, охлаждению до заданной температуры, выдержке и охлаждению до комнатной температуры, при этом полученный холоднокатаный отожженный стальной лист имеет микроструктуру, состоящую из, в долях поверхности, мартенсита и/или нижнего бейнита указанный мартенсит включает свежий мартенсит и/или самоотпущенный мартенсит, сумма процента доли поверхности мартенсита и нижнего бейнита составляет 60-95%, 4-35% бейнита с низким содержанием карбида, 0-5% феррита и менее 5% остаточного аустенита в виде островков.

Изобретение относится к области металлургии, в частности термической обработке сварных соединений рельсов. Для уменьшения износа рельсов в области сварного соединения и восстановления структуры и свойств в области сварных соединений способ включает первоначальный нагрев всего сечения рельса в области сварного соединения до температуры нагрева под закалку на длину, превышающую длину зоны термического влияния сварки и первоначальную закалку; затем производят повторный нагрев поверхностного слоя по меньшей мере головки рельса в зонах термического влияния первоначального нагрева до температуры нагрева под закалку, при этом длину участков повторного нагрева задают таким образом, чтобы исключить наложение зон термического влияния повторного нагрева на сварной шов, и далее производят повторную закалку.

Изобретение относится к металлургии, а именно к легированию железа азотом. Способ легирования расплава железа азотом включает получение порошковой смеси путем перемешивания порошка железа с порошками нитридов бора или алюминия, полученную порошковую смесь прессуют в брикеты при давлении 30-40 МПа.

Изобретение относится к области металлургии, а именно к способу изготовления детали, имеющей бейнитную микроструктуру с минимальной прочностью на разрыв 800 МПа и используемой в автомобильной промышленности.

Изобретение относится к области термической обработки спиральных пружин. Для повышения качества пружин устройство содержит пару конических роликов (20) с поперечным диаметром, увеличивающимся от передней части к задней, вращающиеся внутренние поверхности которых устанавливают параллельно друг другу, в то время, как центральные оси вращения - не параллельно друг другу, индукционную катушку (31) для нагрева спиральной пружины (10), конвейерную цепь (43), оснащенную штоком толкателя (41), установленным для перемещения спиральной пружины (10), а также привод (60) для передачи вращающей движущей силы паре конических роликов (20), при этом один из роликов выполнен из немагнитного металла (21), а другой - керамическим (22).

Изобретение относится к деревообрабатывающей промышленности. Способ включает натяжение полотна круглой пилы, выполненное посредством одновременного нагрева локальных зон пильного диска круглой пилы по радиусам, разделяющим диск на секторы, направленным в каждую или кратную межзубную впадину зубчатой кромки пилы в зависимости от шага зубьев, бесконтактно импульсным индукционным способом до температуры T с последующим охлаждением зоны диска пилы по тепловому следу до температуры ниже 350°С, соответствующей образованию термопластических напряжений между секторами пильного полотна.

Изобретение относится к области поверхностного упрочнения изделий. Для повышения качества коленчатых валов способ лазерного упрочнения участка поверхности обрабатываемой детали, такой как поверхность шейки коленчатого вала, включает осуществление относительного перемещения поверхности обрабатываемой детали и лазерного источника для обеспечения последовательного проецирования лазерного пятна на разные части указанного участка поверхности и во время указанного относительного перемещения повторяющееся сканирование лазерного луча (2) для получения двумерного эквивалентного эффективного лазерного пятна (5) на указанном участке поверхности, распределение энергии эффективного лазерного пятна адаптируется таким образом, что на более термочувствительном подучастке, таком как участок, прилегающий к отверстию масляного канала, оно другое, чем на менее термочувствительном подучастке, для предотвращения перегрева указанного более термочувствительного подучастка.

Изобретение относится к области металлургии. Для предотвращения изменения температуры в области тепловой обработки труб способ обработки трубы включает: первый этап размещения во внутренней полости трубы через по меньшей мере одно отверстие, выполненное в ней, по меньшей мере одного расширительного элемента с подающей трубкой, выполненных из гибкого материала, и его расположения по меньшей мере с одной стороны нагреваемого участка трубы посредством воздушного потока, создаваемого во внутренней полости трубы; второй этап подачи текучей среды через гибкую подающую трубку в по меньшей мере один расширительный элемент с обеспечением надувания расширительного элемента и перекрытия внутренней полости трубы по меньшей мере с одной стороны нагреваемого участка трубы; третий этап нагрева участка трубы путем подачи электрического тока к индукционной катушке, расположенной на внешней поверхности нагреваемого участка трубы при одновременном перекрытии по меньшей мере с одной стороны нагреваемого участка внутренней полости трубы с помощью расширительного элемента.

Изобретение относится к области технологий по упрочнению поверхностных слоев металлических деталей, сочетающих лазерные и водородные технологии по созданию наклепа поверхностных слоев деталей машин, подвергающихся знакопеременным нагрузкам, и может быть использовано в технологии изготовления лопаток компрессоров и турбин, применяемых в самолетостроении.

Изобретение относится к области металлургии и может быть использовано при термоциклической обработке сталей перлитного класса, применяемых в нефтяной, газовой промышленности, вагоностроении и других отраслях машиностроения. Для повышения ударной вязкости при отрицательных температурах до минус 60°C. проводят высокотемпературную аустенитизацию литой детали при температуре на 100-150°C выше точки Ас3 с выдержкой 2,5-3,0 мин на 1 мм сечения, затем многократные нагрев и охлаждение из межкритического интервала, последующую закалку из межкритического интервала с охлаждением в воде и ступенчатый отпуск с нагревом сначала до 400°C с выдержкой 1,5-2 ч, а затем до 600°C с выдержкой 3 ч. 1 з.п. ф-лы, 2 табл., 2 пр.

Наверх