Способ термической обработки из-делий из сплавов ha ochobe железа

 

Союз Советских

Социалистических

Республик

ОПИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ пп815051 (61) Дополнительное к авт. свмд-ву— (22) Заявлено 07.09. 78 (2I) 2б62352/22-02 (51)®. Кд,з с присоединением заявки Нов

С 21 0 б/04

Государственный комитет

СССР по делам изобретений и открытий (23) Приоритет (5З)НЖ 621.785.9 (088.8) Опубликовано 2ЮЗ816юллетень ЙЯ 11

Дата опубликованияописания 23. 03. 81 (72) Авторы изобретения

В. П. Колесников, 3. A. Скоромная, B. N. Шамрин, A, A, Вальчук и П. Д. Сысов (71) Заявитель

Изобретение относится к термической обработке сплавов на основе железа путем охлаждения ниже 0 С, ИзвестЕн способ термической обработки изделий из металла путем охлаждения ниже О С, заключающийся о в медленном охлаждении изделий до температуры минус 80оС вЂ” минус 120 С в ваннах с жидкостью, охлаждаемой хладоагентами Щ .

Существенными недостатками известного способа является малоэффективное проведение процесса аустенитно-мартенснтных превращений, обусловленное проведением процесса на одной усредненной скорости, повышение которой ограничено образованием в металле критических термических напряжений и термических разрывов, особенно при прохождении порогов термических разрывов, а также недостаточная глубина охлаждения (-80 - 120 С).

Явление стабилизирующего эффекта в обрабатываемом металле проявляется слабо, вследствие малой глубины охлаждения н отсутствия порогов с изотермическими выдержками в роцессе обработки; термических ударов; длительной выдержки в холоде в конце процесса.

Известен способ термической обработки стальных изделий путем мгновенного погружения в жидкий азот (2 .

При ударном охлаждении путем мгновенного погружения в жидкий азот процесс аустенитно-мартенсит Р ных превращений ограничен вследствие отсутствия необходимых условий для его протекания по всей глубине охлаждения. Явление стабилизирующего эффекта носит произволь15 ный характер, а нанесение термического удара по неподготовленному материалу приводит в отдельных слу» чаях к образованию термических разрывов. Получение стабилизирующего эффекта только одним термическим ударом недостаточно.

В обоих способах не использован эффект аустенитно-мартенситных превращений при нагревании до комнатной

25 температуры.

Более эффективным способом термической обработки является способ криогенной обработки металла для улучшения микроструктуры, заключаюЗр щийся в том,,что обрабатываемый ма815051 териал на первой ступени охлаждают в парах жидкого азота со скоростью

5-SOC в минуту, до температурного уровня термического разрыва соответствукщего минус 40оС, затем выдерживают до .30 мин. На второй ступени материал охлаждается до минус

160 С со скоростью 3=5 С в мин и делается погружение в жидкий азот.

Для обработки изделий иэ класса инструментальных сталей между температурным уровнем минус 40 С и температурой минус 160 С вводят температурный уровень минус 120 С, на котором делают выдержку до 60 мин, а число ступеней получается 3. Скорость охлаждения на третьей ступени 1,5.—

2, 5 С в мин. Время выдержки в жидком азоте.от 18 до 30 ч. Затем материал нагревают до комнатной температуры медленно вместе с резервуаром., в котором делается обработка (3).

Однако существенным недостатком способа является прохождение порога термического разрыва, проявляющегося, в интервале температур около ОоС, на повышенных скоростях охлаждения, что может приводить к образованию трещин и вынуждает проводить охлаждение в интервале температур до О C на относительно низких скоростях, что снижает интенсивность мартенситных превращений.

Проведение ступенчатого охлаждения в парах жидкого азота ограничивает маневрирование скоростями охлаждения, ухудшает равномерность охлаждения обрабатываемого материала,тем самым ограничивает управление процессом для достижения оптимальных результатов. При нагревании материалов не использовано изотермическое преВращение аустенита в мартенсит.

Отсутствие ударного термического воздействия снижает стабилизирующий эффект. Длительность выдержки 18-30 ч частична обусловлена слабой стабилизацией структуры на активной стадии .процесса обработки и большим процентом остаточного аустенита, не превращенного в мартенист.

Цель изобретения — повышение изно.состойкости и стабилизации размеров изделий с сокращением длительности обработки. Поставленная цель достигается тем, чт способ термической обработки изделий из сплавов на основе железа, включающий ступенчатое охлаждение до температуры минус 140-160ОС с иэотермическими выдержками и последующий нагрев до комнатной температуры, в котором производят дополнительную выдержку в интервале +5 С, а после охлаждения до минус 140-160 С проиэ- о водит мгновенное погружение в жидкий азот, выдерживают, нагревают до температуры минус 110-1200С, выдерживают при этой температуре, производят повторное мгновенное погружение в жидкий азот с последующей иэотермической выдержкой в нем, а при нагреве до комнатной температуры производят термическую выдержку в парах жидкого азота.

При этом охлаждение.до.температуры 5 С производят понижением скорости от 20 до З С/мину нагрев после первого погружения в жидкий азот до температуры минус 110-120 С производят со скоростью 3-5 С/мин,а иэотермическую выдержку в парах жидкого азота производят при температуре минус

120-150 С в течение 10-20 ч.

На чертеже приведены температур15 ные и временные режимы осуществления способа для инструментальных сталей.

Способ осуществляют следующим о6разом.

Охлаждение в жидкости ведут с темЩ пературы плюс 20 .С вЂ” плюс 80 С до плюс 5OC — минус 50. С со скоростями о в начале 20 С/мин, в конце ЗОС/мин; изотермическая.выдержка 4-8 мин. в жидкости; охлаждение в жидкости до

-40 С + 5 С со скоростью 5-8 С/мин; изотермическая выдержка 10-30 мин в жидкостиу охлаждение в жидкости до минус 120 С + 10 С со скоростью

3-5 C/ìèíу изотермическая выдержка 40-50 мин в жидкости; охлаждение в жидкости до минус 160ОС +10ОC со, скоростью 1,5-2,5оС/мин; отделение изделий -от охлаждаемой жидкости в течение до 5 мин с поддержанием температуры изделий не выше минус

145-1600С; термический удар до температуры охлаждения яинус 196 С выполняют мгновенным погружением в жидкий азот; выдержка в жидком азоте 3-5 мин; отделение изделий от

40 жидкого азота в течение 2-3 мин; нагревание до порога изотерь4ических превращений со скоростью 3-5 С/мин; о изотермическая выдержка 10-25 мин; термический удар до температуры ох45 лаждения минус 196 С выполняют мгновенным погружением в жидкий азот; выдержка в жидком азоте — ЗОУ5 мин; выдержка в парах жидкого азота

10-20 ч с изменением температуры 0 .паров от минус 150 С в начале выдержки до минус 120ОС в конце выдержкиу нагревание до комнатной температуры со скоростью 2,53,5 С/мину стабилизирующий отпуск.

l увеличенная скорость охлаждения (20 С/мин против 5-8 С/мин в известном способе) в начале охлаждения интенсифицирует превращение аустенита в мартенсит. Заниженная скорость охлаждения s конце первой сту60 пени (3 С против 5 8 С в известном способе) и последующая изотермическая выдержка 4-8 мин предохраняют материал от термических разрывов, частично понижают термические напряжения,воз65 никающие в материале.

815051

4. Способ по п.1, о т л и ч а ю— шийся тем, что изотермическую выдержку в парах жидкого азота производят. при температуре минус 120-150 С в течение 10-20 ч.

Изотермическая выдержка 4-8 мин на пороге 0 С не оказывает существенного влияния на интенсивность дальнейшего протекания аустенитно-мартенситных превращений. дальнейший процесс обработки до минус 160 С производят аналогично известному способу.

Термический удар до температуры криогенной жидкости проводят с целью увеличения стабилизирующего эффекта в материале, обработанном холодом йа предыдущих этапах. На. последующей после нагревания до порога изотермических превращений, изотермической выдержке происходит дополнительное превращение оставшегося слабо стабилизированного аустенита в мартенсит. 15

Повторный термический удар погружением в жидкий азот и последующие выдержки в средах жидкого азота и его паров уйеличивают стабилизирующий эффект. Стабилизирующий эффект тер- 20 мических ударов, наиболее полное превращение аустенита а мартенсит позволяет сократить время выдержки в средах жидкий азот — его пары на

8-12 ч и сократить общее время обработки по сравнению с известным способом.

Примером конкретного осуществления способа является обработка изделий (например, .сверла, фрезы, мерительный инструмент, пуансоны, матрицы и т.д.) из сплавов на основе железа (например, сталей У8, У10А,P6N5, ХВГ, ШХ15, 9ХС и др), которые с температуры плюс 20оС вЂ” плюс 80 С подвергают термической обработке охлаж-. дением ниже О С в следующей последо-. вательности, Охлаждают до нулевого порога О+5ОС со скоростями в начале 20+5оС/мин до температуры +10 3оС с плавным пе — 40 реходом на скорость 3+1 С/мин в конце ступени, путем погружения изде-лий в емкость с жидкостью (например, триэтоксисилен, ацетон в смеси со спиртом и т.д. с температурой жид- 45 кости в емкости плюс 2015 С изотермическая выдержка 611 мин охлаждение в жидкости до минус 40 C+5OC; изотермическая выдержка 20+3 мин; охлаждение до минус 120 10 С со скоростью 4+1 C/ìèí; изотермическая выдержка 43+3 мин, охлаждение до минус

160+10 С со скоростью 210,5 C/ìèí; отделение изделий от охлаждаемой жидкости путем слива ее из емкости при одновременном наполнении емкости парами жидкого азота, в течение

5+1 мин, с поднятием температуры иэделий до минус 150+5 С; термический удар до температуры минус 196оС выполняют мгновенным погружением в 60 жидкий азот; выдержка в жидком азоте

411 мин; отделение .изделий от жидкого азота, путем слива его из емкости в течение 2-3 мин и ъаполнение ее парами жидкого азота; нагревание до по- б5 рога иэотермических превращений минус 110-120 С со скоростью 4,5 + Я,5 C/ìèí в парах жидкого азота; иэотермическая выдержка в парах жидкого азота 20+3 мин; термический удар до минус 196 С мгновенным погружением в жидкий, азот; выдержка в жидком азоте 30+5 мин с последующим переходом изделия в пары жидкого азота и выдержкой в них 700+10 мин.

В начальный момент выдержки в парах температура изделий изменяется от минус 196 С до минус 120ОС со скоростью от 0,2 до 0,3оС/мин; с температурой минус 120ОС иэделия находятся до конца выдержки в парах жид* кого азота; нагревание изделий в парах жидкого азота; до .комнатной температуры со скоростью 3 +

10,5 С/мин; стабилизирующий отпуск. о

Предлагаемый способ позволяет повысить износостойкость обработанных изделий из сплавов на основе железа на 40-70%, увеличить стабильность размеров обработанных изделий на

70-90%, сократить время обработки в 1,5-2 раза.

Формула изобретения

1. Способ термической обработки изделий из сплавов на основе железа, включающий ступенчатое охлаждение до температуры минус 140-160 C с изотермическими выдержками и последующий нагрев дФ комнатной температуры, отличающийся тем, что, с целью повышения износостойкости, стабилизации размеров изделий и сокращения длительности обработки, производят дополнительную изотермическую выдержку в интервале температур + 5 С, а после охлаждения до минус 140-160оC с изотермической выдержкой, производят повторное мгновенное погружение в жидкий азот с последующей изотермической выдержкой в нем, а при нагреве до комнатной темйературы производят изотермическую выдержку в парах жидкого азота.

2. Способ по п.1, о т л и ч а юшийся тем, что охлаждение до температуры + 5оС производят с понижением скорости охлаждения от

20 до 30C/мин.

3. Способ по п.1, о т л и ч аю шийся тем, что нагрев изделий после первого погружения в жидкий азот до температуры минус 110-120 С производят со скоростью 3-5ОС/мин.

815051

Э,5 С/ем

Составитель Р. Клыкова

Редактор Н. Кончицкая Техред И. Лоя Корректор M. Шароши

Заказ 965/42 Тираж 618 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Иосква, Ж-35, Раукская наб., д. 4/5 филиал ППП "Патент", r. Ужгород, ул. Проектная, 4

Источники информаций, принятые во внимание при экспертизе

1. ПатентСША 9 3819428, кл. 148-125., опублик. 1974.

2. Авторское свидетельство СССР

Р 485161, кл ° С 21 0 9/22, 1972.

3. Патент США Р 389 1477, кл. 148-125, опублик. 1975.