Способ высокотемпературной термомеханической обработки штамповой стали

 

Союз Советскик

Социалистические

Республик

ОП ИСАНИЕ

ИЗО6РЕТЕН ИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

872578 (61) Дополиительиое к авт. свид-ву (5! }М. К. (22) Заявлеио05.02. 80 (21) 2879340/22-02 с присоелииеиием заявки Ле

С 21 9 8/О:.

С 21)3 9/22

ГЮС7Аарстеенный квинтет (23) Приоритет

Опубликовано 15.10,8!. Бюллетень Р6 38 (53 } УД К 621 . 785. .79(088 .8) ао делам нзобретеннй н отерытнй

Дата опубликования описания 18.10.81 (72) Авторы изобретения

M. А, Барановский, О. M. Дьяконов и И. В. Качанов

Белорусский ордена Трудоного Крас о Знамени политехнический институт

t (71) Заявитель!

I (54)спйсОБ БысйкйтеипеРАтуРПОП термоиехА!!ичесКОЙ

ОБРАБОТКИ IIITANIIOBOA СТАЛИ

Изобретение относится к термомеханической обработке металлов давлением и может применяться в инструментально-штамповом производстве при изготовлении инструмента для горячей

5 и холодной обработки металлов давлением.

Известен способ получения стальных изделий, включающий нагрев заготовки до температуры выше точка Ас,>,выдержку при этой температуре, деформацию, мгновенную закалку на мартенсит и отпуск (1 3

Однако при таком способе обработки стали успевают частично произойти рекристаллизационные процессы, а это приводит к сниженню эффекта упрочнения полученного изделия в результате высокотемпературной термомеханической обработки (BTMO) и, следовательно, к снижению механических и эксплуатационных свойств готового изделия.

Наиболее близким к предлагаемому по своей технической сущности является способ высокотемпературной термомеханической обработки стали, включающий нагрев заготовки до 750IOOO С, упрочнение ее поверхности пуО тем приложения импульсной нагрузки, закалку, повторный нагрев заготовки о на 10-90 С выше точки Ас с выдержкой при этой температуре, пластическую деформацию и мгновенную закалку с последующим отпуском на заданную твердость f2 )

Однако при изготовлении иэделий по данному способу из- за повторного нагрева под пластическую деформацию до . температуры выше точки АСзна.10-90с С и выдержки 15 мин при этой температуре значительно снижается эффект упрочнения, полученный заготовкой от действия импульсной упрочняющей нагрузки, Этому способствуют процессы снятия искажений кристаллической решетки и уменьшения плотности дислокаций в результате их аннигиляции. Кроме тосг, в процессе повторного нагрева

3 8725 выше точки АС; и выдержки при этой температуре, а также во время пластической деформации в заготовке протекают рекристаллизационные явления. Указанные эффекты отдыха возврата и рекристаллизации, протекающие в тонкой микроструктуре сталей, обрабатываемых по укаэанному способу, также приводят к снижению физико-механических и эксплуатационных свойств готовых изделий.

Двойной нагрев заготовки приводит к дополнительным затратам энергии и потерям металла на угар.

Целью изобретения является повышение эксплуатационных свойств иэделий и снижение трудоемкости процесса, Поставленная цель достигается тем, что согласно способу высокотемпературной термомеханической обработки штамповой стали, включающему импульсное нагружение при температуре аустенизации, горячую пластическую деформацию, 1 закалку и отпуск, импульсное нагружение производят после горячей пластической деформации.

Способ осуществляется следующим образом.

Заготовку, предназначенную для деформации, например, закрытой штамповкой вьгдавливанием, нагревают до темО 30 пературы выше точки Ас на 10-90 С и выдерживают при этой температуре в зависимости от размеров поперечного сечения. Затем ее помещают в матрицу штампа и производят пластическую деформацию со степеняьги обжатия 45-907. за проход. В результате деформации получают поковку с плоским торцом. Для упрочнения полученной поковки ее подвергают импульсному воздействию,например, ударными волнами, Ударные

40 волны могут быть получены либо путем локальчого взрыва заряда на торце поковки, либо за счет соударения ее торцовой поверхности с днищем формовочной полости матрицы. При этом ударные волны распространяются по всему телу поковки в виде областей возмущения, что приводит к уплотнению металла, вызывает дополнительное искажение параметров кристаллической решетки, 50 способствует повышению плотности дислокаций по границам зерен и двойников. При этом энергия, поглощаемая материалом, обеспечивает устойчивость

-фазы .при охлаждении.

Если упрочнение ведется путем соударения торцовой поверхности поковки с днищем матрицы, то для обеспечения

78 4 энергии, необходимой для упрочнения поковки после деформации, общую энер гию пуансона Е< рассчитывают по формуле

Е„= «1 где Š— энергия, необходимая для пластической деформации заготовки;

Š— энергия, обеспечивающая упрочнение поковки в момент завершения пластической деформации, Величину составляющей Е опреде У ляют, исходя иэ степени упрочнения, которую должен получить материал поковки после приложения ударного импульса.

Интенсивность волн напряжений, проходящих по поковке считается по фор1 чуле б=реч кя (2) где 6. — напряжение в волне, распро-, страняющегося по поковке;

У вЂ” плотность деформируемого материала;

Q — скорость распространения ynpyd гои деформации по материалу по-. ковки; г — скорость соударения плоского

К торца с дном матрицы.

После упрочнения производят мгновенную закалку с последующим отпуском на заданную твердость.

Пример. Для изготовления толкателя к штампу кривошипного горячештамповочного пресса цилиндрическую заготовку из стали 45ХЗВЗМФС диаметром 42 мм и высотой 40 мм после нагрева до 1190 С и выдержки при этой температуре в течение 30 мин устанавливают в матрицу штампа для закрытого выдавливания. Пуансону массой 7 кг сообщается начальная скорость Ч о равная 104 м/с. В результате энергия пуансона перед соударением составляет

Мчо 7кг(104 мыс) 3 85Ь

2 2

На деформацию заготовки в заданных температурно-скоростных условиях необходимо затратить энергию, равную

E =KeU=),24oo.<о краж/® . бз <о мз

А 26%ф4 ДЖ, где К вЂ” коэффициент, учитывающий КПД соударения;

6 - удельная энер1ия деформации;

V — смещенный объем заготовки, Предлагаемый способ по сравнени» с известнык позволяет повысить механичееку» прочность на 35-45Х поI. высить ударную вязкость в 1,5-2 раза;

5 увеличить износостойкость в 4-5 раз; снизить карбидную неоднородность на

2-3 балла; снизить трудоемкость и, соответственно, энергоэатраты и поте рю металла на угар за счет применения однократного нагрева заготовки на

50Х, При этом стойкость готовых иэделий, например выталкивателей и пуансонов, повышается в 13-15 раз. формула изобретения

Способ высокотемпературной термомеханической обработки атамповой ста20 ли, включающий импульсное нагружение при температуре аустеннзации, горячую пластическую деформацию, закалку и отпуск, отличающийся ! тем, что, с целью повышения эксплуатад ционных свойств и сииакения трудоемкости процесса, импульсное нагружение производят после горячей пластической деформации.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Бернштейн М. А. Термомеханическая обработка металлов и сплавов.М. ° еМашиностроение", т. 2, 1968, с. 695

3S

2: Авторское свидетельство СССР

1! 559972, кл. С 2! 0 9/22„ !975 °

5 872578

Запас энергии, обеспечивающий приложение улрочняющей импульсной нагрузки, составляет

37856-26544=11312 Дж.

Скорость пуансона, обладающего таким запасом энергии, равна ч, /,/ : . г <

А скорость переднего торца выдавленного стержня в момент соударения с дном матрицы равна

Vg =/1. Ч= 56 м/с ° 2,25 = 126 м/с где 1 — степень вытяжки, равная отношению площади сечения заготовки Р к площади сече- !5 ння выдавленного стержня Х, х

Л= — = 2 =225

2,81 °

При соударении плоского торца стержня с дном матрицы по стержню распространяются волны напряжений, интенсивность которых рассчитывают по формуле (2 ) т.е.

0 =7800 мг/м .8000 м с 126 м/с

49,2 10 н/м что принодит к упрочнению изделия.

Твердость материала в результате деформации и последн го упрочнения равна 36-38 Н Rc.

Сразу же после деформации прово- щ дят закалку в масло с последующим отпуском при 640оС. При этом твердость возрастает на стержневой части изделия до 54-57 ННс и на рабочем торце до 60-63 HRc при балльности зерна

II-I3 на боковой поверхности и 9-10 в центральной зоне.

Составитель P. Клыкова

Редактор С. Тимохина ТехредМ.Рейвес Корректор f . НазаРова

Заказ 8953/42 Тираж 621 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

11.3035 Москва Ж-35 «Раушская наб. 4/5

Филиал ППП "Патент", г. Ужгород,ул.Проектная,4