Способ термической обработки заготовок из легированных конструкционных сталей

 

ОПИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

Союз Советскнк

Соцналнстнческнк

Реслублнн

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (61) Дополнительное к авт. саид-ву(22) Заявлено 1409.79 (21) 2817243/22-02 с присоединением заявки Нов (53)РА. К,3

С 21 0 1/78

Государственный комитет

СССР. но делам изобретеннй н открытнй (23) Приоритет

Опубликовано 1 1181. Бюллетень Йо 42

Дата опубликования описания 15.11.81 (53) УДК 621. 78. . 976 (088. 8).

А.И. Соколов, И.И. Белугин, Ю.Ф. Че екин и Г. A. Волченко

1, Ордена Трудового Красного Знамени аучно.-.исчледовательский институт технологии автомобильно проьмшленности (72) Авторы изобретения (71) Заявитель (54 ) СПОСОБ ТЕРМИЧЕСКОЙ ОБРАБОТКИ ЗАГОТОВОК

ИЗ ЛЕГИРОВАННЫХ КОНСТРУКЦИОННЫХ СТАЛЕИ

Изобретение относится к термической обработке заготовок из легированных конструкционных сталей с минимальным временем завершения перлитного превращения от 20-25 мин до 6-8 ч и может использоваться в качестве предварительной термической обработки заготовок перед холодной объемной штамповкой.

l0

Известен способ термической обрае ботки, включаккций аустениэацию, подстуживание до температуры перлитного превращения, выдержку при этой тем-пературе, замедленное охлаждение до

500-550 С и последующее охлаждение èà т5 воздухе (1) .

Однако этот способ не обеспечивает . удовлетворительную обрабатываемость заготовок при холодной объемной штамповке из-за высокого сопротивления 20 деформации структурно-свободного феррита, образующегося при температуре, лежащей ниже точки Ас« и низкой пластичности пластинчатого перлита.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является способ термической обработки заготовок из среднелегированных сталей с понышенной устойчивостью переохлажденного аустенита. Способ включает аусте- 30 ниэацию при температуре выше Асз на

5р-15pоС, охлаждение до температуры изотермической выдержки, изотермичес" кую выдержку при температуре максимальной скорости перлитного превращения до распада 25-70в переохлажденного аустенита, закалку на воздухе и отпуск при температуре ниже точки

Ас„ на 20-40 С. Этот способ предназначен для сталей, имеющих минимальное время завершения перлитного превращения свыше 8-12 ч и обеспечивает удовлетворительную обрабатываемость заготовок резанием. i2). г

Однако этот способ так же не позволяет получить удовлетворительную обрабатываемость заготовок методом холодной объемной штамповки вследствие высокого сопротивления деформации феррита, образующегося при температуре, лежащей ниже точки Ас .

Цель изобретения — улучшение обрабатываемости при холодной объемной штамповке заготовок иэ среднелегированных сталей с минимальным временем распада переохлажденного аустенита от 20-25 мин до 6-8 ч.

Поставленная цель достигается тем, что согласно способу, включающему аустенизацию, охлаждение до температуры перлитного превращения и иэотермическую выдержку при этой температуре, охлаждение до комнатной температуры и высокий отпуск, изотермическую выдержку ведут при температуре нйже Ас„на 20-100оС до распада 70100% переохлажденного аустенита, пос-. ле чего перед охлаждением производят нагрев до температуры выше Ас„ на

10-50 С, выцерживают при этой температуре 1-3 ч, подстуживают до температуры ниже Ас на 40-100о и выдерживают до.появления в микроструктуре заготовки 60-80% полиэдрического феррита.

Данная термообработка обеспечивает наилучшую обрабатываемость заготовок из среднелегированных сталей методом холодной объемной штамповки за счет снижения сопротивления деформации зерен феррита и за счет увеличения пластичности перлита со сферодизированными частицами цементита. 2О

Способ осуществляют следующим образог . о

Производят аустенизацию при температуре выше Ас> (800-960aC) . После этого охлаждают до температуры на 5

20-100 С ниже точки Ас1 (600-730 С) и выдерживают при этой температуре до распада 70-100Ъ переохлажденного аустенита. Затем нагревают до температуры на 10-50 С выше точки Ас и выдерживают при этой. температуре 1-3 ч.

Затем охлаждают до температуры перлитного превращения, лежащей ниже точки Ас на 40-100 С (600-680 С) и выдерживают при ней до образования

60-80% полиэдрического феррита, после чего охлаждают до комнатной температуры. Далее проводят высокий отпуск при температуре на 20-40 оС ни. же точки Ас„,630-730оС).

Пример. В электропечи сопро- 49 тивления СНЗ-6.12.4f10 .И1 проводят термическую обработку образцов из стали 12ХНЗА. Для этой стали Ас 700 С, Ac> = 780 С, а температура максимальной скорости перлитного превращения 620-10 С. Время завершения перлитного превращения лри этой температуре 1 ч. Проводят отжиг образцов нагревом до 950оС с выдержкой.

2 ч, охлаждение с печью до 640 С и © выдержку при этой температуре 2 ч.

Затем осуществляют неполную закалку, а именно нагрев до 720 С с выдержкой

2 ч, охлаждение до 640 С с выдержкой о

2 ч охлаждение на воздухе до комнатной температуры и отпуск при 650аС

6 ч. Скорость охлаждения и иагревастрого не регламентирована.

Для получения сравнительных данных проводят обработку тех же образцов известными способами (1) и .(2g: Щ отжиг, включающий нагрев до 950 С, с выдержкой 2 ч, .замедленное охлаждение до 640оC с выдержкой 2 ч, затем замедленное охлаждение до 500 С и охлаждение с печью до комнатной у температуры (20 оС). Затем происходит неполная закалка, включающая нагрев до 930 С, выдержку 2 ч, охлаждение о до 630 С с выдержкой 1 ч, охлаждение о на воздухе и отпуск при 660 С б ч.

Характеристика режимов термической обработки и полученные структуры приведены в табл. 1

Оценку обрабатываемости заготовок при холодном деформировании проводят по уровню механических свойств: твердость, предел прочности, предел текучести, отношение предела текучести к пределу прочности, относительные удлинения и относительное сужение. Уменьшение твердости, пределов текучести и прочности, а также их отношения друг другу обуславливают снижение сопротивления деформации, а увеличение относительных удлинения и сужения — повышение пластичности металла заготовок.

Механические свойства заготовок после термической. обработки приведены в табл. 2.

При удовлетворительной обрабатываемости холодной объемной штамповкой твердость должна быть не более

155 кгс/ммО-, а отношение текучести к пределу прочности не более 0,7.

Проведение изотермической выдержки при температуре ниже точки Ас< на

20-100 С после аустеяизации обеспе- чивает получение дефферинцированной феррито-перлитной структуры с сохранением до ЗОЪ переохлажденного аустенита. Форма перлита при этом пластинчатая. Последующий нагрев до тем— пературы вблизи точки Ас<, т.е. выше ее на 10-50оС и выдержка при этой температуре обеспечивает смягчение .части феррита, получившегося при изо- термической выдержке и сОхранившегося при выдержке в межкритическом интервале температур. Кроме того, выдержка при этой температуре приводит к упрочнению участков аустенита эа счет диффузии в него иэ феррита легирующих элементов,.расширяющих g область, и растворению в аустените це. ментитных пластин. Подстуживание до температуры ниже точки Асг на 40-100 С о и выдержка при ней приводят к превращению части аустенита в феррит и обес- печивают максимальное количество феррита в микроструктуре.

Дальнейшее охлаждение на воздухе приводит к закалке остаточного аустенита (превращение в мартенсит) благодаря.его устойчивости,.увеличенной выдержкой в межкристаллическом интер г вале. Последующий отпуск превращает участки мартенсита в зернистый перлит и конечная структура состоит из феррита, образовавшегося при отжиге, и рекристаллизованного в межкритическом интервале, .феррита, образовавшегося при частичном распаде аустенита, существовавшего в межкритическом ин881133 тервале, и зернистого перлита, обогащенного легирующими элементами, расширяющими у -область. Такая. структура обеспечивает минимальное сопротивление холодной объемной деформации и хорошую пластичность материала заготовок.

После проведения аустениэации не рекомендуется проводить изотермическую выдержку при температуре ниже точки Ас áoëåå,.чем на 100 С, так как твердость феррита,.образующегося при этой выдержке, возрастает. Также не рекомендуется проводить .выдержку при температуре ниже точки Ас менее, чем на 20ОС, так как при этом сильно замедляется процесс .образования фер- !5 рита. Продолжительность иэотермической выдержки должна быть не менее, чем необходимо для распада 70% аустенита, что обеспечивает появление максимального количества полиэдрическо- щ

ro феррита, и не более, чем необходимо для полного распада аустенита, иначе неоправдано замедляется процесс термообработки.

Не .рекомендуется проводить выдержку при температуре больше, чем на

50 С выше точки Ас, так как уменьшается доля "смягченного" феррита и при температуре меньшей, чем на 10 С, лежащей выше точки Ас, так как замедляется скорость растворения перлита в аустените..

Выдержка при указанной температуре менее одного числа не обеспечивает завершение диффузионных процессов перераспределения легирующих элементов между ферритом и аустенитом и полного растворения перлита в аустените.

Выдержку более трех часов проводить нецелесообразно, так как она не дает никаких изменений в структуре, а просто удлинит процесс.

После. выдержки в межкритическом интервале .и подстуживания.не рекомендуется проводить выдержку при температуре больше, чем на 100 С ниже точки Ac„, так как возрастет твердость феррита, образовавшегося при этой выдержке. Также нежелательно проводить выдержку при температуре менее, чем на 40 С ниже точки Ас„, так как при этом сильно замедлится процесс образования феррита. Продолжительность выдержки при укаэанной температуре должна быть не меньше, чем необходимо для образования 60% полигонального феррита, так как при содержании его менее 60% будет высокое сопротивление деформации, выдерживать же дольше, чем необходимо для образования в структуре заготовки 80% полигонального феррита, нецелесообразно, так как это не дает дополнительного эффекта, а лишь удлиняет технологический процесс.

Использование предлагаемого способа позволяет изготавливать ряд деталей, например поршневых пальцев, холодным выдавливанием, исключив процесс резания.

881133

-вП, Ю Ф

:ь а и о а ф х а !! 1 дР Ю оо

1О сР

dP dP

LA lA

W N и о о

lA

\Р Ю оо

00 (м

I

I .1

И (б ф> (Ф

IA If

W сЧ

° !3 Й оа

1 СЧ

"!!

Г (Ч !

1

I

1

I

1

1

1

1

1

1 1

I

1

1

I

1 !

1

1 о о ю ооо

СЧ tA P о о о

\О N (им

1 9 И ! а

11

1 а9

O В

I иФ

1 М Х

I !

1 Н ф и g

1 ое

2 03 о ь о оу! I

I

I и

1 ЭIC о м о о о сь ОФ н

1 ф

I ф Ф

1

Щ + в

1

1

I

1

1

1

I

I ан

1 Э М

I Н И Ц о

III ф

4 -ъ

pI РЪ ц ...Э

Ц(Ф а

М н! p5

l Ж

I X l !»

I P м ! о

„ t

I td

1 И

1 t6

1 ю

1 m х

1 О

I Х

I Ф

1 М

l3 о

i8 Ф

1 0) ) е

I а

I >þ

1 Е<

1 Х о

) у

М

1 Н

1 О

I l0

1 (е

I O

1е

1 Х и

I Я

A! й

crj

1

1 Х I и 1

I, з

1 4

1 (ч

1О

à — — — + ! ОЦ1:Е!

I X 50(g I ! о! ож!

à — — Г

1 1 2

Р3

1 а а

1.(D Ф A

1 Н Х К ooà

Г Г

m ! 1 и

1 Xtl о о

2чэ !!.1= о -д1:» о а Е> о оо

Ф N CO N о еоо mme и м о о а о

ChNН

Н -1 иw ф 3.3 и -Ыл

И о

O WdPdP е оо

lD lO LO Y

1 о .

CI Р dP и оо

10 и ю и о о

n O I! оц

o m

I оо

И и -ад

CS о ж ю оо

Ю N <9 N о

° эо-д о Фей

W mNl

v ь

-Э

Fe !-

Фн (% — > ф

v о Р мю оо

Г СЧ (Л lA

1

5 о ин

Ю Ь4 dPdP

V Р - о

O e dP dP сч со

Р4 1.0 Ф

881133

I т»

I Х Х

° 1 Ф >

Ц I о! хн

Е! 9О

ttОО

>ае

91 g ха

Х1ОХ; х! IXI»

М

Ц1

О1 1Ы

Ц! I O

О!

Ю dP dP ево

1 с» а-1

1

О О О I

l СЧ

1

1 о

О о

I и 3И 1

gdPdPdP ооо t (чwа-1fv I

1 х и

)И 1

dPdPh аооо t

»3 \О т-1 Г ) 1 и о о 1

Р dP dP

tA lA

P»<Ч >

1 сч г1

1О ! o

1 х! о, 9 X

Х11 х 1 а g

1 Н 1 ф 9\

1О1Н

1а! ОК е я Ф а I х! x

1Ю! о

1 i ,.о ф t I

1 >

1У! Нф

l а1 цх ох

1н tt=ttt

e t OttI

1 1

ill

I Н 1 1

1 !1) 1

1 Х I

19К н х

1Og, ь ф

1< ф

1 !

i

1 I

I

l I н х

Ц

-а н ф х 4

1 а ф Ф

4 Я н и Я l6 х3 0 онх хох ф х н хо аале ф ф Р .

1

I I

Л

I

1

1

1 1 I

ЯИИ

О! И

1 !

I

1 ах ф IC о

1 5 а

1 ф О

1О О

I о ! 4

С 39

1 3 а!

И I

1

1 Ф

1 И

I Ф.

I !»

1 ф

1 ф

I Х о

Х

1 ttl

1 Х о

1 Д

1 О н о

I 1»

1 Ф

Я ф

1 !»

1 Й а

1 В

1 1

1О

I 1

1 1 1

1t ее ! фон

1О х.Ы

1 ХА(б 1 1 !

Оцупel

IХ9ХХ1

1ОнОх l

I I 1

1 3 1

1 0\ I

1 ах ït 1

1 ф Ф Х 1 1 нхМ

l ооа

1 Я ф ф 1

1 М Р Ц

1 а х

iфxх

f ltxZ u пффф I

ЕО н

1

1 ИИ !

Зяб ооо

t (Ч а-1

1

1 и о О ю а о

1О 1О 1

1 о

1 !»

Х 59

1

I !

1

I !

И 1

И

dP I о

1 !

1 ! к ь н

I х !»

1 ф Х

l t»O о а

I »Д

t 1

1

1 9

1 ! х

1 L

1 Ф

l x

1 9

1 3

1 х

881133

12

Таблица 2

Твердость

HBt кгс/мм

Предел текучесПредел прочносTH 68 кгс/мм

Отношение

Й 0,2

Относительное удлинение, Ф %.

Относительное сужение Ч %

Вывод кгс/мм

163-167

42-48 53-55

0,83

32,5-34,3

74-75

Неудовлетворительно

32, 3-34, О 72-74

0,87

167-170

58-60 67-69

То же

34,7-36,5

140-150

29- 32 . 48-50

0,61

77-79

Удовлетворительно

0,67 34,1-35,0

76-77 То же

143-152

30-36 50-51

143-152

32-36 50-53 0,65 34,1-34,7 76-78 и ь

0,61

140-150

29-32 49-50

34,2-35,2

76-78

34,0-34,3

163-167

36-40 52-56

73-74

0,70

Неудовлетворительно

0,67 33,6-34,0

155-162

72-75 То же

34-38 52-55

Формула и зобретения

Составитель A. Ляпунов

Техред м.Голинка

Еорректор В. Синицкая

Редактор Н,. Минко

Заказ 9874/43 Тираж 621 Подпи сное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по дедам изобретений и открытий

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

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

Способ термической обработки заготовок из легированных .конструкционных сталей, включаюший аустенизацию, охлащцение до температуры перлитно- 40 го превращения, иэотермическую выдержку при этой температуре, охлаждение до комнатной температуры и высокий отпуск, отличающийся тем, что, с целью улучшения обрабатываемости при объемной холодной штамповке, 45 иэотермическую выдержку ведут при температуре ниже Ас< на 20-100 С до распада 70-100% переохлажденного аустенита, после чего перед охлаждением производят нагрев до температуры вы- 50 ше Ас1 на 10-50 С, выдерживают при этой температуре 1-3 ч, подстуживают до тем ературы ниже Ас„ на .40-100ОС и выдерживают до появления в микроструктуре заготовки 60-80% полиэдрического феррита.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Технология производства, научная органиэация труда и управления.

Реферативный сб. М., НИИИАШ, 19 77, вып. 8 "Термообработна и материаловедение", с. 8-9 °

2. Авторское свидетельство СССР по заявке Р 2799384/02, кл. С 21 0 1/00, 1979.