Способ упрочнения штамповых сталей

 

О П И С А Н И Е (ii)819194

ИЗОБРЕТЕНИЯ и оюз Советских

Социалистических

Реслублик

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (61) Дополнительное к авт. свид-ву (22) Заявлено 20.04.78 (21) 2613645/22-02 с присоединением заявки № (51) М. Кл.з

С 21Р 7/14 ле делам изебретеиий и открытий (43) Опубликовано 07.04.81. Бюллетень № 13 (53) УДК 621.77.07 (088.8) (45) Дата опубликования описания 07.04.81 сч,ч

В. М. Лещинский, А. К. Херсонский, В. Н. Арцев"

Л. И. Карташова, Л. А. Рябичева и А. С. Коломой(Сев

Ворошиловградский машиностроительный институт

1 i; о (72) Авторы изобретения (71) Заявитель (54) СПОСОБ УПРОЧНЕНИЯ ШТАМПОВЫХ СТАЛЕЙ

ИсУдаРствеииый комитет (23) Приоритет

Изобретение относится к способам обработки штамповых сталей и может быть использовано в инструментальной промышленности.

Известен способ термомеханической обработки штампов, заключающийся в нагреве до температуры аустенизации, деформации с последующим охлаждением до температуры перлитного превращения (650—

750"С), выдержке в течение 10 — 60 мин и нагреве под закалку до температуры на

50 — 150 С ниже ковочной (1).

Недостаток способа заключается в длительности выдержки для протекания перлитного превращения аустенита штамповой стали, а также сложности ее корректировки. Кроме того, способ требует проведения дополнительных операций закалки, старения и местного отпуска тела штампа, что повышает его трудоемкость. 20

Известен способ упрочнения штамповых сталей, заключающийся в нагреве, охлаждении перед пластической деформацией с изотермической выдержкой при температурах старения аустенита (600 — 700 С) и пластической деформации в, области температур 400 — 500 С (2).

При этом предел текучести сталей повышается в 1,5 — 1,8 раза, а пластичность сохраняется. 30

Однако деформация сталей в области мартенситного превращения требует длительной изотермической выдержки, применения высокопрочного и термостойкого дорогостоящего штампового или ковочного инструмента.

Эффект же упрочнения недостаточно высок.

Целью изобретения является дальнейшее улучшение эксплуатационных характеристик штамповой стали за счет получения в ней мелкозернистой структуры.

Поставленная цель достигается тем, что пластическую деформацию производят циклично и многократно в интервале температур 720 †7 С и 560 †5 со скоростью охлаждения между циклами пластической деформации 100 — 300 С/с и с градиентом уменьшения усилий в пределах

135 — 14,4 кг/мме в перпендикулярных друг другу направлениях.

На фиг. 1 представлены кривые, характеризующие способ упрочнения стали 7ХЗ; на фиг. 2 — кривые, характеризующие способ упрочнения стали 4Х2135ФМ.

При этом появляется возможность регулирования степени легированности аустенита и содержания в нем карбидов, последовательности и сокращения времени обработки стали до 1 — 3 мин (вместо несколь819194

60 ких ч) за счет сдвига С-образных кривых изотермического превращения аустенита влево и изменения времени диффузионного распада аустенита.

Деформация двухфазной смеси аустенит+карбиды при температуре 720 — 750 С позволяет изменить механизм упрочнения аустенита, использовать упрочняющее влияние карбидов для накопления дефектов в аустенитной матрице, снизить сопротивление деформации за счет уменьшения его легированности, раздробить карбидные выделения. Этому же способствует и деформация в направлениях, перпендикулярных друг другу.

Изотермическая выдержка при температуре 560 — 580 С обеспечивает прохождение процессов отдыха и полигонизации деформированного аустенита. Это резко уменьшает уровень внутренних напряжений в штамповке или поковке, позволяет достичь равномерного распределения дефектов во всем объеме за счет протекания диффузионных .процессов упорядочения структуры.

Кроме этого, изотермическая выдержка перед каждым циклом пластической деформации способствует равномерному распределению температуры по всему сечению поковки или штамповки, тем самым улучшая условия формообразования. Время изотермической выдержки регулируется временем термокинетического распада переохлажденного аустенита для данных марок сталей.

Необходимость снижения удельных усилий при каждом из циклов пластической деформации с понижением температуры деформации диктуется условиями создания оптимальной дисперсности структуры обрабатываемой стали.

Последующая деформация полигонизованного аустенита (после прохождения процесса отдыха) в температурном интервале

580 — 560 С при его диффузионном распаде на бейнит обеспечивает значительное увеличение плотности дислокаций и дефектов упаковки.

В результате последующего окончательного охлаждения со скоростью, обеспечивающей окончание бейнитного превращения для данных марок штамповых сталей и последующей окончательной термической обработки по стандартным режимам, проявляется эффект измельчения структуры и получения оптимальных физико-механических свойств за счет граничной наследственности.

Пример. Заготовки из стали 7ХЗ и

4Х2В5ФМ нагревают в индукторе до температуры 830 С и 920 С соответственно, затем подстуживают до температуры 750—

740 С и подвергают выдавливанию обратным способом или осадке во взаимно перпендикулярных направлениях за 3 удара.

4

После штамповки заготовку подстуживают до температуры 580 — 560 С. Перенос заготовок осуществляют со скоростью охлаждения между циклами 100 †3 С/с для предотвращения неконтролируемых процессов статической рекристаллизации аустенита. Время изотермического подстуживания выбирают так, чтобы в штамповке во втором ручье происходил диффузионный распад аустенита на бейнит. Оно составляет для стали 7ХЗ 1,1 — 1,5 мин при температуре 580 С, для стали 4Х2В5ФМ 4,5 — 5 мин при температуре 560 С. После подстуживания заготовку переносят во второй ручей штампа для оформления гравюры матрицы или повторного цикла деформации заготовки матрицы во взаимно перпендикулярном направлении. После штамповки во втором ручье заготовки матрицы охлаждают со скоростью 0,33 С/с, обеспечивающей окончание бейнитного превращения.

Анализ полученных данных свидетельствует о значительном измельчении зерна аустенита указанных сталей, повышении их прочностных и эксплуатационных характеристик и изготовленного из них инструмента. Стойкость матриц для штамповки деталей тепловозов повышена в среднем в

2,5 — 3 раза, трудоемкость изготовления штампового инструмента снижена на 40О/о.

Использование предлагаемого способа упрочнения по сравнению с существующими способами обработки обеспечивает следующие преимущества: повышение однородности структуры и расширение предела обрабатываемости штамповых сталей после термомеханического режима упрочнения перед окончательной термообработкой; увеличение эксплуатационных характеристик штамповых сталей; увеличение стойкости штампового инструмента; снижение трудоемкости штампового инструмента.

Формула изобретения

Способ упрочнения штамповых сталей, включающий нагрев, охлаждение с изотермической выдержкой, пластическую деформацию и окончательную термообработку, отличающийся тем, что, с целью повышения эксплуатационных свойств сталей и упрощения технологии обработки, пластическую деформацию производят многократно в интервале температур 720—

750 С и 560 — 580 С с промежуточной скоростью охлаждения 100 — 300 С/с, с градиентом уменьшения усилия в пределах

135 — 14,4 кг/мм и в перпендикулярных друг другу направлениях.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Авторское свидетельство СССР № 451751, кл. С 21D 7/14, 1973.

2. Авторское свидетельство СССР № 317708, кл, С 21D 7/14, 1970 (прототип), 819194

t с взо

70О

m0

500

/оо

/а

Редактор Н. Ахмедова

Корректор В Нам

Заказ 639/15 Изд. № 273 Тираж 634 Подписное

НПО «Поиск» Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Типография, пр. Сапунова, 2

t ñ

9оа

tub./

/о фиг.Z

Составитель А. Тюрин

Тех ред И. Заболотнова