Способ термической обработки заготовок

 

ОПИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИ ЕТЕЛЬСТВУ

Союз Соаетскик

Социалистических

Республик

<о863674 (61) Дополнительное к авт. сеид-ву (22) Заявлено 080879 (21) 2810641/22-02 с присоединением заявки Но (23) Приоритет (51)м. Кл,3

С 21 0 1/78

Государственный комитет

СССР ио делам изобретений н открытий

Опубликовано 150981 Ьнзллетеиь 89 34 (5З) УДК 621. 7.85 ° .01(088.8) Дата опубликования описания 1509.81 (72) Авторы изобретения

Л.К.Нагорный, Л.Г.Марьюшкин и Е.В.Прозоров

1 1

/"

Краматорский научно-исследовательский и пфоектв(о-, технологический институт машиностроавтнь=..., .-= -- 4 ю: . (71) Заявитель (54) СПОСОБ ТЕРМИЧЕСКОИ ОБРАБОТКИ ЗАГОТОВОК

Изобретение относится к термической обработке металлов и сплавов и может быть использовано преимущественно для термической обработки деталей из конструкционных марок сталей.

Известен способ термической обработки конструкционных углеродистых сталей для.повышения их ударной вязкости, по которому сталь многократно (4-6 раз) нагревают до температур в межкритической области (А „- ñ различными скоростями от 50 до 150ОС/мин подстуживают до температур на 3060 С ниже Аг„. Способ обеспечивает получение высоких-значений ударной вязкости 1) .

Однако этот способ характеризуется невозможностью охлаждения стали на мартенсит.

Известен способ термической.обработки, согласно которому-для повышения ударной вязкости углеродистую сталь многократно (5-10 раэ) нагревают выше Ас на. 30-50 С со скоростью о

70-150 С/мин с последующим многократным (3-10-15 раз воздействием на металл изменением температуры при нагревах и охлаждениях. Нагрев ведут со скоростью 50-150 С/мин, а затем о охлаждают на воздухе до температуры на 30-50 С ниже A, например до 590о

r1

610 С. Дальнейшее охлаждение до комнатной температуры проводят в воде или масле. В результате применения этого способа существенно возрастает пластичность и вязкость сталей 123 .

Технология термоциклической обработки по данному способу недостаточно полно обеспечивает прогрев заготовок иэ-за отсутствия выдержек, что сказывается на стабильности свойств по сечению и способствует усилению аниэотропии. Поэтому известный спо15 соб обеспечивает требуемый уровень механических свойств только на малых размерах сечений заготовок. Кроме того, этот способ иэ-эа отсутствия выдержек ие обеспечивает однород20 ности аустенита в тех объемах, которые претерпели d, -Х превращение.

Известен также способ термической обработки заготовок, преимущественно из конструкционных сталей, включающий закалку, термоциклирование в интервале температур между А0„- Ас и Аг„-600 С изотермическими выдерж нами при верхней и нижней температурах и последующее ускоренное охлаж30)дение (31.

863674

Недостатком этого способа является то, что постоянная температура нагрева,, например 740 С, при многократных циклах в интервале Ас -А, не с сэ создает теплового импульса для ускоренного прогрева удаленных от поверхности зон заготовки. Поэтому превра5 щение феррито-цементитной смеси (или мартенсита) в.аустенит не отличается ускоренно нарастающим характером от поверхности к центру изделия и нагрев практически в каждом цикле протекает с одинаковой скоростью. Одина;ковые продолжительности выдержки (например при 740 С вЂ” 60 мин) способствуют получению разной величины зерен аустенита и в конечном счете разнозернистости продуктов его распада при последующем охлаждении. Подстуживание в интервале температур Aq— о 1

600 С с изотермической выдержкой напо

Р ример 640 С,. также не обеспечивает До нарастающего характера превращения аустенита в продукты его распада, так как охлаждение в этом случае протекает после каждого цикла практически с одинаковой скоростью. Наряду с 25 обеспечением по известному способу высоких значений ударной вязкости, после увеличения числа циклов за счет образования мелкодисперсной смеси феррита и цементита, значения предела те-30 кучести остаются неизменными.

Цель изобретения — улучшение механических свойств, в частности предела текучести.

Поставленная цель достигается тем, что согласно способу термической обработки заготовок, преимущественно из конструкционных сталей, включающему закалку, термоциклирование в интервале температур между Ас -ACTH о

А г — 600 С с изотермическими выдерж- 4О ками при верхней и нижней температурах и последующее ускоренное охлаждение, последнее в каждом последующем цикле ведут с нарастающей вдвое скоростью, при этом продолжительность 4 изотермической выдержки каждого последующего цикла при нагреве в 2 раза уменьшают, а при охлаждении в 2 раза увеличивают по сравнению с предыдущим. 56

Термоциклирование проводят не менее трех раз,при этом в первом цикле охлаждение ведут со скоростью 1015ОС/мин, во втором — 20-30 Сумин, а третьем — 40-60 С/мин.

S5

Примеросуществлен и я с п о с о б .а. Проведено по 5 режимов термической обработки заготовок диаметром 30 мм, изготовленных иэ углеродистой стали

45 (A 0„- 730 С, A<„- 690 С, Асз46

785 : ) и ниэколегированной стали

40Х (Ас„- 743 С, A -„— 693 С, Ас —

815 С). Каждый из пяти режимов отличается друг от друга количеством циклов, подбираемых для установления on- 65 тимального варианта. Число циклов в каждом режиме указано в табл.2.

После полной закалки заготовок от температуры Ас +30-50 С режимы терЪ мической обработки с термоциклированием проводят следующим образом.

Нагрев осуществляют в нескольких электропечах сопротивления типа

ИП2У. Каждая печь разогрета до заданных температур одного из циклов и посадка заготовок в печи осуществляется на эти заданные температуры.

Это обеспечивает ускорение нагрева заготовок и удобство проведения термической обработки, так как печи установлены в динию в порядке возрастающих температур нагрева в каждом очередном цикле режима. Скорости охлаждения подбирают путем подбора интенсивности обдува воздухом, его увлажнением и т.д. Средства охлаждения расположены рядом.

На чертеже приведен режим термообработки.

В табл.1 приведены режимы термической обработки и уровень механических свойств, предлагаемых и известного способов.

Для сопоставления анализа проводится термическая обработка по предлагаемому и известному способам.

Результаты сравнительных исследований приведены в табл.1.

Температуры нагрева, охлаждения и продолжительность выдержек фиксируют с помошью хромель-алюмелевых термопар, зачеканенных в заготовкисвидетели, и электронного потенциометра типа ПСР3 -53 (т).

По предлагаемому способу приведенная термическая обработка заготовок с одним и двумя циклами (режим 1 и

2) не обеспечивает благоприятного сочетания прочностных и вязких свойств.

Первые по своим значениям близки к известному.

Лучшее сочетание свойств обеспечивает режим термической обработки с тремя циклами (табл.1, режим 3 и фиг.1), который является оптимальным для сталей 45 и 40Х. Согласно ему заготовки нагревают до температуры А „+

+10 С, выдерживают при этой темперао туре з 60 мин, затем их охлаждают со скоростью 12 С/мин до темпера тур ниже А1-„, т.е. до температур завершения распада аустенита с выдержкой при этой температуре S 10 мин.

Затем во втором цикле снова нагревают, но до температуры Ас„ +20 С, выдерживают при этой температуре 5

30 мин, после чего охлаждают со ско ростью 25ОС/мин ниже А„,с.изотермической выдержкой в два раза большей (25 20 мин), чем в предыдущем цикле, где S - выдержка в первом цикле при нагреве; S — при охлаждении. В третьем цикле вновь нагревают до температуры уже на 40 С выше Ас„, 863674 выдерживают при этой температуре S

15 мин и дальше охлаждают со скоростью 50 С/мин.

Для установления оптимальной скорости охлаждения в серии циклов каждого режима варьируют скоростями охлаждения и длительностью выдержек.

Скорости охлаждения, обеспечивающие более высокие значения предела те кучести и наилучшее сочетание других характеристик для стали 45 приведены в табл.2 (данные только для оптимального режима с тремя циклами,см. фиг.1).

Данные табл.1 и 2 показывают, что скорости охлаждения в первом цикле

10-15, во втором 20-30, в. третьем

40-60ОС/мин в сочетании с укаэайными выдержками в режиме Р 3 (см. табл.1) обеспечивают наиболее высокие значения предела текучести и других характеристик. Применение меньших 20 скоростей охлаждения приводит к изменению (снижению, см. табл.2) предела текучести до 7Ъ и.ударной вязкости до 12% в сравнении с оптимальным вариантом. При увеличении скорости ох- 25 лаждения против оптимальной изменений в уровне характеристик практически не отмечено. Что же касается выдержек, то их изменение в сравнении с оптимальными (режим 3, табл.1), т.е. изменение их кратности 4:1, 3:1, 1:1 при нагреве и 1:1, 1:3, 1:4 при охлаждении привело к снижению всех характеристик на 6-8Ъ.

После проведения режимов термической обработки по предлагаемому и . известному способам иэ заготовок изготовлены разрывные и ударные образцы для механических испытаний.

Из данных табл.1 видно, что с уве- ф) личением количества циклов до трех оптимальный режим) предел текучести возрастает по сравнению с известным до своего максимального значения и составляет, например для стали 45, 4 около 48 кгс/мм при одновременном достаточно высоком уровне всех остальных характеристик. Дальнейшее увеличение числа циклов (табл.1, режим

4 и 5) не приводит практически к изменению предела текучести и других характеристик. По предлагаемому способу рост предеЛа текучести составляет 10-12% при полосе разброса уровня свойств, не превышающей 2-3%.

Из табл.1 также видно,что с возрастанием количества циклов (до, трехчетырех) комплекс механических свойств сталей 45 и 40Х постепенно повышается, кроме предела прочности(Дэ), который практически остается неизменным.

Повышение предела текучести в сочетании с высокими значениями пластических (" и +) и вязких характеристик (цн) обеспечивает повышение конструктивной прочности деталей машин, работающих в условиях знакопеременных и динамических нагрузок. Благоприятное сочетание указанных характеристик, полученных по предлагаемому способу, позволяет применять эти режимы для деталей машин турбостроения и работающих в условиях отрицательных температур Крайнего Севера (например экс(каваторы, буровые установки, шахтное оборудование и др.)..

Таким образом, экспериментальным путем установлено, что оптимальные значения интервала нарастающих скоростей охлаждения каждого последующего цикла перед предыдущим кратно двум, а выдержек с соотношением при нагреве 2:1 и при охлаждении 1:2.

По предлагаемому способу оптимальным числом циклов в режиме является режим термической. обработки с тремя циклами (режим 3, табл.1).Такой режим обеспечивает наилучшее. сочетание прочностных, пластических и вязких характеристик механических свойств.

Использование предлагаемого способа в сравнении с известным дает следующие преимущества: при обеспечении высокого уровня характеристик механических свойств сталей типа 45 и 40Х предел текучести их повышается на 10-12%; получение практически одинаковых механических свойств при повышенном уровне предела текучести обеспечивается за меньшее количество циклов; .за счет кратности параметров тех-. нологического процесса облегчается. управление режимами термической обработки, создаются условия для организации поточного производства; предлагаемый способ применим для самой широкой номенклатуры деталей, изготовляемых из конструкционных сталей, и может быть осуществлен на любом машиностроительном или ином заводе.

863674

1 э

1 с

Оъ а!

cl

С Ъ

СЧ Ч с м

СЧ

СЧ с м

СЧ

С-! с н

Ю с"! м с

СО м с!

С Ъ с

ЧЭ Ф с

Ю

C) с

Г

СЧ о с с

СО т"! -! СЧ

CO с

1О

СО СЧ с с т-! т-1

1О ЧР с

1О

СЧ СО с с о о с! . сУ

Ю с

Сс с! о !

Аида

I а о о т-! СЧ а О о о о т1 СЧ ct 00 а о сч а сч а с< сч

LA СЧ (Ч гЧ о о сч а

LA О с-! СЧ

%Ч о о о а о о г-! СЧ

1 а с м o

О Î О В О М

О О а О О LO С » О О а 1 О М т-! 1О М а-! Ю С Ъ г-!

О О О О

Г сО сР а

1 о о о

CO CO

Г- 1 Г

О О . О О О О а а с . а

С" 1-. С » ! 1!

D l eaedaaII 1, ЪйАхэбэш !ЭЬ I

I о о

"Ф сф !. м

1

1

1

1 иижэд.!!

И!СЕХО I эибэ ф 1

1 а н и

О о

v о

1 ! I

1 1 с

1 . I !!! Х

1 1Х! Х

ИХхх

I аОО!Х

I Э Ц Е ! АСАФ

1 Ш g Ц

I!I о!

4l х

Х! I Х

gl A К м Я

Nl I Н Ф Х о oцхо х о х ео ! оо,оц

3I

1:4! Сб

Н1 Х

I М Ф о,х -z

Й! Ol ЙK

1

1 кр ! - ОООБО АХОХЭЭй 1

1-аи?! Эби oII aoII ! - НИ?1 О Я Х О Э И?ГО Я, а а о а о

%-1 % с"Ч СЧ С Ъ cl A (Ч

863674

° 1

Д 1

1

1 CO с

4I3 хо Icf

33 IC!O

Ch 333

Ь \ о а

\ 3 3\» ю I а о а

П3

Ъ ь а о о о с Ь Ь о

30 ч а

О0 ъ

О3

«Ф

° -»

Ъ о

<Ч о о ъ Ъ

»Ч

СЧ «-3 Ч

С»

Г 3.

Ф«3

«-1

<Ч "

РЪ

СЯ

° Ф

3Ч (Ч

tA г» с с

Ch 00

lO \О

»«Ъ г-»

Ю

С0

lO а

3

lO O!CI

3«1 «3

«Ф О\ «"»

Ю « .ъ о а e Ю «Ф «Ф х

I Х их оех

О О О О О Î Î Î 1 О О О О

«-» «. »Ч т» СЧ «-3 СЧ «У «-» 3Ч «Ф CO

-х йехие

o ) xN

:О МО"

О О О О О г» N «3 ф lO

%»

I I

1 3

I а 1 е

1« I Х

1

3«

»33 х е

Х 333 Х о О о О а

СО «3 (Ч

DQ ЭазбЛЕН»

» эбАхас»э33иэд4

l 1

li) lA а lA а а Ю а lo co lA 333 с0 и

3 а а а о о а а со в о 1

3 3 1 00 1

1 - !

333 I о

«-» N Yl р«И а М

1 fig

1 I

3 -ООО33О ЯИОИЭЭЛ»

1 ! -3.Irt3. edU 033 ао3»3 !

3-3»и3 оахоэьи»»о »

3»3

О»» <»

Ц .Х х

СЧ Г Н СЧ 3 Ю

Ф

ИнжЭД3

33333 S.O 3 33<3- g ю

0 о

И о.}

Е I

I

Ц о а д 1

I

1

1.

1.

1

I

1 3»3

1

1 Х

I 21

1 М

1 а

1 333

1

I

I I

1 0

I Х

1О

».3 о о о о о о о о о

«-» «-3 (Ч Н »Ч «У «Ч (Ч «Ф 00

О О О О О О О О О О

60 ф ct . ф «3 N CO «3е СЧ «» ю0 «-» н м

И » Х

g»3I O

Н «3 и

I3

Я х !

Р3

CO

\О

1

1

ch 1 с

0 1 ч I и

Ц I

М I !

1 о

Ф

ll3

М !

863674

Таблица 2

Скорости охлаждения, С/мин, в циклах

Снижения Т1 к гс/мм ан, к гсм/см 1 первом втором третьем

8-12

2-5

5-10

10-20

20-30

30-40.

40-50

10-20

20-40

40-60

60-80

80-100

6.-7

5-10

10-15

15"20

20-25

4-5

Оптимальный режим

Снижения не отмечено

То же

Формула изобретения

БНИИПИ Заказ 7705/40 Тираж 621 Подписное филиал ППП "Патент", г. Ужгород, ул. Проектная, 4

1. Способ термической обработки заготовок, преимущественно из конструкционных сталей, включающий закалку; термоциклирование в интервале температур между А „- Q и А„„—

600 С с изотермическимй выдержками при верхней и нижней температурах и последующее ускоренное охлаждение, отличающийся тем, что, с целью повышения предела текучести, охлаждение в каждом последующем цикле ведут с нарастающей вдвое скоростью, при этом продолжительность изотермической выдержки каждого последующего цикла при нагреве.в 2 раза уменьшают, а.при охлаждений в 2 раза увеличивают по сравнению с предыдущим.

2. Способ по п.1, о т л и ч а юшийся тем, что термоциклирование проводят 3 раза, при этом в первом цикле охлаждение ведут со скоростью

10 — 15 С/Йнн, во втором 20-30 С/мин, в третьем 40-60 С/мин.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1..Авторское свидетельство СССР

М 459518, кл. С 21 0 1/00, 1971, 30 2 Авторское свидетельство СССР

М 4 0424, кл. С 21 0 1/00, 1970.

3. .Авторское свидетельство СССР

М 583185, кл. С 21 0 1/78, 1977.