Способ ведения процесса нагревания и охлаждения стальных слитков, заготовок и поковок в процессе горячей обработки их

 

р о J -»»===-: ,Ф Ч1 . 3,, О 0

/ о» « »

Класс 13.с, 8;7у. ф9 h, 11

АВТОРСНОЕ СВИДЕТЕЛЬСТВО НА ИЗОБРЕТЕНИЕ

ОПИСАНИЕ сйособа ведения-процесса нагревания и охлаждения стальных слитков, заготовок и--:поковок в процессе горячей обработки их.

К авторскому свидетельству.С. А. Баракова, раявАенному 28 апреля

1932 года (сйр. о перв. № 108313).

0 выдаче авторского свидетелъства опубликовано 28 феврали 1934 года.

В настоящее время в процессе:изго-товления изделий из, легированной, - а иногда и . обыкновенной стали, имеютместо внутренние пороки, называемые . флокенами, волосными трещинами, шифером и пр., влекущие за собою сильное понижение пластических и других свойств металла. Как. показывает практика, упомянутые дефекты металла, имея определенно скрытый, внутренний характер расположения, не уничТожаются путем дополнительной обработки (напр., термической обработки). Поэтому гото-»вые. изделия, обнаружившие при испы- . тании эти йорки, не взирая на . их высокую себестоимость, в большинстве случаев бракуются.

Значительное: число научных работ. предпринятых с целью выяснения: природы внутренних пороков стали.- (6co-. бенно природы флокенов), не внесла-4о . настоящего времени .полной ясности в этот вопрос. Высокий процент брака для ответственных. изделий из легированной стали (напр., стволы орудий, турбинные диски, роторы, турбинные- валы,. всевозможные коленчатые валы, различ-;

J ные литые изделия и пр..) остается--бцчЬМ производства многих заводов.

Посредством предпагаемого eii -, ведения процесса нагревания-и-omam e-, (366)

Р— д Ь ния стальных слитков, заготовок и поковок в процессе горячей обработки их ! имеется в виду достигнуть устранения"вышеуказанных дефектов.

В основу способа положены особые свойства переохлажденного т - раствора стали при нагреве, а такыре данные, полученные из работ заводскогс масштаба.

На чертеже фиг. 1 — 3 изображают диаграммы, поясняющие предлагаемый способ.

Горячая обработка стали (ковка, прессовка, штамповка, отливка и пр.) по существу ограничивается только формоизменением горячего металла в интервале температур, лежащих между, темпе- ратурами начала и конца горячей обработки. При этом необходимо отметить, что метод формоизменения и данные для температур начала и конца горячей обработки у разных заводов различны и не одинаковы даже, в пределах бдного и того же сорта стали при всех прочих равных условиях (оборудование, размеры исходной отливки, слитка и поковки)..

Иными словами, необходимо констатировать отсутствие каких-либо строго обоснованных температур начала и конца горячей обработки стали и законов ее формоизменения.

1 — 2

Вторым фактором, наблюдаемым в практике. ведения горячей обработки стали, являетСя то, что, придерживаясь по.возможности своих собственных для каждого сорта стали приемов горячей . обработки, заводы, как правило, не обра, щают . должного, внимания .,на условия посадки в-печь отливки; слитка и поковки и ! для следующего — „вторичного нагрева.

Ни в одной инструкции, ни в одном руководстве к процессу ведения горячей о работки, по существу, не говорится о требуемом тепловом cocToîÿíèè отливки, слитка, блока,,:заготовки или поковки; в момент посадки в печь для следующего нйгревя, о требуемом тепловом состоянии печи в момент посадки и о способе нагрева посаженной поковки до желаемой температуры начала горячей обработки.

Отсутствие необходимых условий для последующий „вторичных" нагревов в практике заводов имеет место, начиная от горячей отливки или слитка — . вплоть до готовой по размерам поковки.

Иными словами, практика горячей обработки стали, помимо отсутствия обосно; . ванных температур конца горячей обработки, не учитывает роли и последствий вторичных нагревов для последующих выносов, ксфюрых; как известно, по ходу: горячей обработки, например, горячего или. «олодного слитка, бывает несколько.

Разбивая весь процесс горячей обра-, ботки на отдельные, независимые др1 г от:друга моментьи первый — подготовка отливки или слитка к горячей обработке, второй — горячая обраоотка слитка- на

„блок", третий — горячая обработка

„ блока" на заготовку (вытяжка, осадка, йрошивка и пр.), четвертый —. горячая обработка заготовки на поковку требуемых размеров и, наконец, пятый — под готовка поковки, а для слитка и отливки— горячая обработка, под механическую. и- термическую обработку, необходимо .иметь по,крайней мере две температуры для начала и две температуры для окончания "горячей обработки. Наличие двух температур: для начала и для конца горячей обработки вывывается необходимостью "в процессе горячей обработки выполнить две нЬзависийых друг от друга .- задачи - первая — проработка поковки в иакроструктурном отношении, и вто— - .— У-

I

Г % ,4 рая †йроработ поковки в микрострук- турном отношении, Далее, в силу наличия значительного числа повторных (вторичных) нагревов, сообщаемых поковке для. последующих выносов, недостаточно обоснование только одних температур начала и конца горячей обработки;. оказывается, как увидим ниже, требуется установить опре-. деленные и необходимые условия. для

„вторичного" нагрева (тепловое состояние поковки, печи, режим нагрева и пр.).

В момент посадки поковки в печь для „вторичного" нагрева к последующему выносу, в центральной ее части имеется температура значительно боль-шая, чем температура, непосредственно наблюдаемая на поверхности. В следую-: 4 щий за посадкой момент нагрева поковки роСт температуры, как правило, не идет одновременно по всему живому сечению.

Если на поверхности поковки наблюдается резкое поднятие температуры;то в центральной ее части,в силу законов теплопередачи, на некотором про- . межутке времени, наоборот, -наблюдается падение температуры. последнее, как показывает практика, будет иметь место до тех пор, пока в один из моментов температура центральной части сечения поковки не окажется наинизшей по отно-, шению остального сечения. Только после этого момента центральная часть сечения начнет, показывать приращение. температурй, одинаковое по своему знаку с остальными зонами сечения. Сказанное выше с достаточной ясностью представлено на фиг 1 кривыми 1, П, 1П, IV и V, из которых кривая I Ьтносится к моменту посадки поковки в печь, а все остальные кривые к различным последовательным моментам нагрева поковки.

В практике производства ответственных изделий часто наблюдают посадку в печь для „вторичного" нагрева поковок с температурой на поверхности, лежащей е одйих случаяхьв критическом интервале (между Ас и Ar), в других случаях— вь1ше или ниже критического ин1ервала температур (выше Ас или ниже Ar), В зависимости от природы стали; скорости охлаждения и размеров. поковки- перед посадкой в печь для .„вторичного ; нагрева, температура, в центре -ei-всегда:- — .будет выше температуры поверхности; — 3. I например, в частном случае, когда Температура поверхности лежит между температурами критических точек Ас и Аг, температура в центре . будет или- несколько ниже.или несколько .выше.тематуры, отвечающей точке 4г. а фиг.-1 для примера взят наиболее ° .часто, встр1ечающийся случай посадки для .вторичного" нагрева, когда температура поверхности поковки лежит между

-темйературами критических тучек Ас и

Ar, а температура ее центральной части, расположена несколько выше темйературы критической точки Ас. Разбирая, например, случай „вторичного" нагрева, изображенного на фиг. 1, в момент посадки в печь (крйвая 1) для всего се ения будем иметь ст зль" в состоянии-—

Будет ли это состояние т в процессе нагрева (кривь е 11, Ш, IV и V) оста ваться неизменным? Другими словами: будет ли при „вторичном. нагреве"-переохлажденного " -раствора стали встре чаться критическая точка Ас. До сих пор ответа на этот вопрос ни практика, ни теория не дали. Подобное отношение. к поставленножу вопросу со стороны Ф теории и практики вполне понятно, так как, надо полагать, никто не оценил . сущности „вторичного" нагрева с практической точки зрения.

-Специально;. поставленные изобретателем в этом направлении исследрвательские работы, как ни странно- на — -.первв|й взгляд,.йоказали с достаточной очевидностью возможность существова ния при определенных условиях „вторйчного" нагрева: значительных объемных изменений в т-растворе стали, связанных с аллотролическими превращениями т а и а . Фиг. 2, на которой - представлены дйлатометрические кривые

„-вторичного" нагрева хромо-никелевойконструкционной стали, записанные на, приборе Шевенара, показывают размер объемных изменений в стали при=раз- личных условиях „вторичного" нагрева (ср. кривые П, УП, IV u V фиг;.2);

Изучение в этом. направлении -sceвозможных сортов стали дало - право. построить диаграмму расположеЪия:.критических точек А и А,", при „вФр ичном" нагреве.- 1

1 -.

Схематическое изображение этой диаграммы в общем виде представлено на фиг. 3, где: прямая Ас показывает истинное положение нижней критической точки Аг при охлаждении; пунктирная прямая Ст = Аг+ К С показывает температуры, до которых идет охлаждение и от которых начинается, вторичный" нагрев. Кривая А," показывает- положение встреченной при нагреве критической. точки Ar. Кривая А, покавывает положение -встреченной при нагревах критической точки Яс.

Диаграмма, изображенная на фиг. 3, показывает, что объемные изменения- в металле являются не только функцией физико-химической природы стали, но. также и функцией скорости „вторичного" нагрева и температуры С =Ar+K С.

Объемные изменения, оказывается, имеют место только до критической скорости . вторйчного" нагрева, так как только в этом случае наблк>дается аллотропические превращения: т - а т, при скорости же нагрева, @алычей критической, т-раствор остается неизменным.

Перенося рассмотренные выше данные природы -, „вторичного" нагрева к практическим размерам поковки в условиях неправильного его,выполнения, будем иметь дело с явлением, называемым заявителем „аллотропическим ударом". Последний заключается в том, что в поковке в кольцевых-зонах, в -направлении от поверхности поковки к центру, будет проходить аллотгязпическая волна, влекущая для каждой отдельной концентрической зоны расширение внутренних слоев и сжатие наружных. Прохождение этой волны видно из фиг.1, где, например, для случая кривой Ш, в сечении поковки будем наблюдать, начиная от центра к поверхности, четыре зоны: первая т - состояние, вторая переохлажденное - .состояние с- незначительным в точке перегиба количеством а> третья а-состояние и, наконец, четвертая — возрожденное вновь - -состояние. Сравнивая положение этих зон для последовательных случаев нагрева "П, Ш, IК и V,: наблюдают постепенное перемещение .. ." М (1 опасной в - объемном отношении зоны третьей и четвертой к центру.

Не останавливаясь далее на разборе прочих возможных в практике случаев ненормальных условий „ вторичного", йагрева и ограничиваясь здесь рассмотрением только случая, изображенного на фиг. 1, на основанйи лабораторных и заводских наблюдений приходится .констатировать, что- причина внутренних пороков (флокенов, волосных трещин, шиферного излома и- пр.), а также и причина образования поверхностных трещин в поковках лежит в нашем не-. знании природы „вторичного" нагрева, незнании необходимых температур конца горячейобработки, условий подготовки йоковки. к нагреву, к механической или термической обработке.

Исходя из .всех вышерассмотренных основных, /моментов, изобретатель предлагает новый способ ведения процесса горячей обработки для отливок, слитков и поковок. Йд обыкновенной и легированной стали.

На основайии вышеизложенного температура,отливки и слитка в момент их извлечения из формы или изложницы и

- температура окончания горячей обработки слитка, блока .и заготовки для всех. выносов, кроме последнего чистоаого выноса, должна быть на. поверхности вь ше верхней критической точки стали А, „Превышение температуры на поверхности перечисленных объектов должно быть таким, чтобы в момент посадки их в печь для „вторичного" нагрева температура не оказалась ниже верхней критической точки Ас,,. При указанйых тепловых условиях, температура нагревательной печи, в момент посадки -объекта для „вторичного" нагрева, должна быть также, . не ниже верхней критической точки Ас, „.

„Вторичный . нагрев для желаемой горячей обработки, при соблюдении всех, условий, проводится нормальным

-, м«етадам; а имейно: сразу же за посадкой нагрев .до необходимой температуры, - а. .-. затем — соответствующая выдержка, перед:выдачей объект.

"В случаях невозможности, по тем или .иным причинам, выдерживать вышеуказайные условия необходимо, в завиф

1 симости от размеров сечения поковки.и сорта стали, или посадить поковку в специальную на этот случай подготовленную печь с;температурой; близкой к температуре первой верхней критиче- ской тачки Ас„но не выше, выдерщщь поковку при этой температуре неа димое и достаточное время, после чеговыдержанную. поковку паредвть в рабо. чую нагревательную печь для последующего наарева до необходимой для горя= чей обработки температуры, или посадить поковку в горячую, рабочую нагре-. вательную печь, где процесс йагрева до необходимой температуры.,горячей обработки провести весьма йнтенсивно со скоростью, большей, чем в нормальных случаях.

Температура,окончания горячей обра ботки для последнего чистового выноса должна быть на поверхности и в центре, по возможности, близкой к нижней критической точке Ar, „ но во всяком случае не ниже„

Обработанную;на чистовые размеры . поковку, в зависимости от размеров сеченйя и сорта стали, необходимо: а) или охладить н4 воздухе:, б) или охла- 4F дитЬ в яме, в):или охладить в золе, ri или посадить в специальную печь с температурой, близкой.к первой верхней критической точке с„но не выше, / выдержать достаточное и . необходимое время, а затем, в зависимости от предьявленных к изделию"требований, или соответетвующим образом охладить поковку с печью, или произвести высокий отжиг с принятием при дальнейшем охлаждении после отжига мер к соответствующему прохождению интервала критических температур - и температур отпускнбй хрупкости.

При применений- предлагаемого спо,соба горячей обработки поковок не исключается возможность работы только в одной печи, если она не является в термическом отношении инертной; также . в практике:не. исключается=- работа и в методической перекатной печи.

Устанавливаем е в способе границы темперг6ур для теплового состояния по;: верхности поковки, теплового состояния рабочих печей, значения:- для продолжителйнос и выдержки и скорости вторич-1 — — — — .иФ вЂ” „5

3= ного нагрева в практике производства ответственных .и прочих изделий; -не взирая на многообразие сортов:<тали, могут быть в целях рациональной-:ностановки горячей обработки поковок обобщены.

П р е д м е т и з о б р е т е н:и я.

1 I. Способ ведения процесса, нагревания и охлаждения стальных слитков, -.заготовок и поковок в процессе. горячей обработки их, отличающийся тем, что температуру слитка в момент извлече . ния из изложниц, равно как и темпера туру окончания горячей обработки: оковки и пр., для всех выносов, кроме последнего чистового, удерживают на поверхности выше. верхней критической точки Ас, настолько, чтобы в момент посадки слитков или поковок в печь для

„вторичного" нагрева тем перату ра не оказалась ниже Ас,„, а затем -нагрев ведут обычным путем .

2. Видоизменение способа.-- по ..п. 1, отличающееся тем, что в момент йо садки слитка или поковки в . печь для

„вторичного" нагрева температуру . печи поддерживают не ниже Ас,, 3. Прием осуществления способа по и. 1, отличающийся тем, что слйток, . ° температура которого ниже Ас, „::помеР щают сначала в особую печь с темпе - ратурой, близкой к Ас,, но не выше, и выдерживают при этой температуре необходимое время, а затеи слиток передают в другую нагревательную печь, где обычным образом нагревают до необходимой, для горячей обработки температуры.

4.: Видоизменение способа по и. 3, отличающееся тем, что слиток Или поковку сразу помещают в печь, имеющую температуру выше Ас, „затем ведут нагрев до необходимой для горячей обработки температуры, со скоростью . большей, чем в нормальных случаях.

5. Прием осуществления способа- по, п. 1 для чистового выноса,- отличающийся тем, что для охлаждения обработанных на чистовые размеры поковок, температура которых близка к Аг,, но не ниже, поковку помещают в печь с температурой, близкой к Ас, (печь по и. 3), где н выдерживают необходимое и достаточное время, а затем или охлаждают вместе с печью илн, в случае необходимости, подвергают обычному отжигу.

6. Видоизменение способа по пп. 3 и 5, отличающееся тем, что нагрев слитков или поковок производят в одной печи, если она не является в термическом отношении инертной.!

Б авторскому свидетельствт С. А. Баранова № 34580

ЯТецподресостонние слитка или „n0ko8kè дпроаесое нагребания ао начальной т ры нобби.

lV

Ь

Р

0Oo

< 800

+m0

500 ь 500 ь р 420

З00

1 ф

Ь ь ф фИГ2, - ДилагпомегпричесЬие 1 рибба

6торичного нтреВа 1

/ . K авторсюму свидетельству С. А. Баранова ¹ 34580 . фИГ3 бегт отичефая диаграмма. ролойения ИрцЬтч. moveA )7 " и У лай„Йп ричнои "иаг еее

В

1:

Сйоросгп@„8торичного"нагре

Эксперт М. Г. Евангулов

Редактор И: Ф. Альтшулер

Ленпромпечатьсоюз. Тип. Печ. Труд . Зак. 404