Изобретение относится к металлургии, а именно к способам изготовления . крупногабаритных заготовок, например, траверс, лонжеронов, балок из коррозионностойких сталей переходного класса.

Известны способы предварительной термической обработки сталей переходного класса, ставящие своей целью получение оптимального сочетания физико-механических свойств сталей перед механической обработкой и последующей окончательной термической обработкой, Но использующие для достижения их различные трудоемкие операции.

Известен способ обработки, пре-. дусматривающий проведение цикла термических операций, включы щий высокотемпературную закалку, безрекристаллизационный отжиг и дисперсионное твердение .51J.

Однако введение высокотемпературной закалки приводит к росту аустенитного зерна, и измельчение его .достигается только проведением, двухкратной пластической деформации.

Известен способ препварительной термической обработки сталей переходного класса, при котором производится либо двухкратный нагрев до температур, близких к Ас„ с промежуточным охлаждением до нормальных температур, либо двухкратный нагрев с изотермическими выдержками на ниж,: нем пределе интервала Ac„ -Àñ3 и промежуточным охлаждением до нулевой температуры (23.

Однако при данной обработке интенсивное.обеднение аустенитной матрицы легирующими элементами приводит не только к фазовым превращениям, но и к выделенио карбидных частиц, рас15 положенных вдоль границ зерен.

Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности и достигае,мому результату является способ изго,товления заготовок (щтамповок, поковок и др.) сталей переходного (аустенитно-мар енситного) класса, предназначенный для формирования структуры горячедеформированных заготовок перед высокотемпературным наг25 ревом деталей при окончательном термическом упрочнении, состоящий из многократной тепловой обработки до температур карбидообразования в интервале Ас;Ас и последующем

30 отпуске при температуре на 40-80 С о ниже теглпературы обратного превращения.мартенсита в аустенит.

Технологический цикл изготовления крупногабаритных заготовок и деталей из сталей аустенитно-мартенситного класса по известному способу включает следующие операции. После окончания горячей деформации 1180-950 С заготовки медленно охлаждаются на воздухе или в песке до нормальных температур и далее подвергаются четырехступенчатому отжигу при температурах 78д С 10-14 ч, 600ОС 8-10 ч, 890ОС 8-14 ч, 660 С

5-8 ч. Охлаждение после каждой ступени осуществляется на воздухе до нормальных теглператур. При высокотемпературных нагревах 7800C и 890 С сталь находится в аустенитном состоянии и по границам: аустенитных зерен происходит выделение карбидных Фаз в,виде хорошо развитой замкнутой карбидной сетки. Низкотемпературные ступени 600 С и 660 С предназначены для смягчения вЂ” отпуска металла. После четырехступенчатого отжига производится механическая обработка заготовок, а затем оии подвергаются обезводороживающей обработке при 520ОС 10-20 ч и окончательной упрочняющей термической обработке по режиму; закалка с

1070 С 1,0-1,5 ч обработка холодом при,(-50)-(-70ОС ) 2-4 ч и отпуск при температурах 200-350 С 1-3 ч.

После замедленного охлаждения с температуры окончания горячей деформации и 4-х ступенчатого отжига в сталях аустенитно-мартенситного класса формируется структурная композиция, состоящая из хорошо развитой карбидной сетки по границам крупных аустенитных зерен (2-3 балл), или отдельных локальных скоплений ориентированных также по границам зерен, аустенита в количестве 15-20% и высокоотпущенного мартенсита ГЗ).

Недостатками указанного способа являются необходимость проведения многократных высокотемпературных и длительных обработок, при которых диффузионным путем идет процесс формирования. аустенитно-мартенситной структуры с интенсивно развитой карбидной сеткой по границам зерен; необходимость осуществления промежуточных охлаждений между термическими операциями до температур ниже начала мартенситного превращения вЂ” Мн (практически до нормальных теглператур), что при массивности заготовок и комплектовании крупных садок существенно увеличивает технологическое время обработки; большая продолжительность изотермических выдержек :-,ðè обработке приводит к обезлегированию поверхности и образованию на заготовках толстого слоя трудноудалимой окалины.

При механической обработке горячедеформированных заготовок, прошедших термическую обработку по лю5 бому иэ указанных здесь способов, наблюдается значительный расход ре",кущего инструмента, так как присутствие в структуре стали вязкого аустенита приводит к налипанию его на режущую кромку инструмента и схватывани1з.

Кроме того, при внедрении инструмента в крупнозернистый металл режущая кромка постоянно сталкивается с микрообъемами структуры, соизмеривЂ” мыми с ней по размерам и обладающими различной твердостью и вязкостью (аустенит, мартенсит, карбидные сегрегации). Это приводит к быстрому выкрашиванию и затуплению инструмента. Быстрое эатупление и износ инструмента особенно существенно сказывается на увеличении машинного времени при механической обработке на станках с программным управлением, где преждевременный выход из строя инструмента чаще всего приводит к резкой задержке его от перемещений, предусмотренных программой, поломке

его и к образованию сколов и подреЗО зов на обрабатываемой детали, что приводит к значительныгл затратам времени при переналадочных работах.

Цель изобретения вЂ” улучшение механообрабатываемости заготовок ста35 лей аустенитно-мартенситного класса и сокращение длительности цикла термической обработки.

Поставленная цель достигается тем, что в способе изготовления крупногабаритных заготовок из сталей, преимущественно аустенитомартенситного класса, включающем охлаждение с температуры конца горячей деформации 1180-950ОС, предварительнув термическую обработку, механическую обработку и окончательную термическую обработку, включающую нагрев до 520+10 С, выдержку

10-20 ч, охлаждение иа воздухе до нормальной температуры, нагрев до

1070+10ОС, выдержку 1,0-1,5 ч, охлаждение на воздухе, обработку холодом вЂ” (-50 C) (-700C) в течение

2-4 ч и отпуск при 200-350 C в течение 1-3 ч согласно изобретению, охлаждение с температуры конца горячей деформации производят до 600-550 С в воде и далее на воздухе до нормальных температур, а затем проводят обработку холодом при (-50)-(-70 C) в ,60 течение 2-4 ч и отпуск.

Причем отпуск производят при

600-640с C в течение 2-5 ч.

Ускоренное охлаждение,» например, в воде до температур 550-600 С исключает возможность выпадения кар954449 бидных частиц по границам аустенитных зерен.

Образования трещин, даже в массивных заготовках, при ускоренном охлаждении не происходит, так как сталь в укаэанном интервале температур находится в вязком аустенитном состоянии. После охлаждения в заготовках фиксируется мелкозернистая структура (7-8 баллов) и двухфазное состояние с соотношением фаз мартенсита и аустенита примерно 2-1.

Обработка холодом при(-50) вЂ (-70ОС) в течение 2-4 ч способствует дальнейшему распаду аустенита и формированию однофазной d. â€” ñòðóêòóðû вЂ” мелкоигольчатого мартенсита.

После обработки холодом производится высокий отпуск мартенсита при температуре на 30-500C ниже температуры (600-640 С) с временем выдержки 2-5 ч с момента прогрева атмосферы печи. При этом происходит образование высокодисперсных карбидных частиц IIo границам мартенситных кристаллитов в объеме зерен.

Общая длительность ускоренной пред варительной термической обработки для горячедеформированных заготовок по разработанному режиму уменьшается в 4-5 раэ по сравнению с обработкой по существующим режимам и практически составляет 6-8 ч вместо 30-40 ч.

В целом весь технологический цикл изготовления крупногабаритных заготовок и деталей иэ сталей аустенитномартенситного класса по предлагаемому способу включает. следующие операции. После окончания горячей деформации 1180-950ОС заготовки ступенчато охлаждаются как описано выше, подвер=аются обработке холодом при (-50) вЂ (-70ОС) 2-4 ч и однократному отпуску при 600-640ОС в течение

2-5 ч. После этого производится ме ханическая обработка заготовок, затем обезводороживающая обработка при

520 С 10-20 ч и окончательная упрочняющая термическая обработка по режиму: закалка 1070ОС 1,0-1,5 ч, обработка холодом при(-50) вЂ (-70 C)

2-4 ч и отпуск при температурах

200-350 С 1-3 ч. ич той же стали по существующему режиму отжига при 780 С 10 ч, 5 600оС 8 ч, 890оC 8 ч 660оС 5 ч.

Дополнительно в качестве сравнительных примеров проводят обработки горячедеформированных заготовок при замедленном охлаждении с температу)0 ры горячей деформации, с менее глубокой обработкой холодом и с температурами отпуска выше и ниже оптимальной.

Во всех шести вариантах обработок заготовок анализируется содержа ие аустенита, глубина окисленного слоя, балл зерна, определяется микроструктура и механические свойства стали.

Данные результаты испытаний сведены в табл. 1. Как видно иэ таблицы 1, уровень механических свойств стали, обработанной по ускоренному варианту предлагаемого способа и по существующему четырехступенчатому способу, примерно одинаков, однако наблюдается существенное различие в их фазовом составе, типе микроструктуры и величине поверхностного окисленного слоя.

Микроструктура состоит из высокоотпущенного мартенсита и высокодисЗО персных карбидных включений, расположенных равномерно по всему объему зерен. Размер зерна 7-8 балла. Механические свойства стали после окончательной упрочняющей термической об35 работки. представлены в табл. 2 и соответствуют требованиям Ту 14-1-940-74.

Создание мелкозернистой структуры с равномерным распределением дисперсных карбидных частиц по всему

40 объему зерен после термообработки по ускоренному режиму, по сравнению с крупнозернистой двухфазной аустенитно-мартенситной структурой и с преимущественной концентрацией кар45 бидных включений по границам зерен после известных режимов отжига, позволяет получить более высокие характеристики механообрабатываемости сталей. Это обеспечивает значительное снижение трудоемкости при изготовле50 нии деталей и сокращение расхода дорогостоящего вольфрамсодержащего режущего инструмента.

Так, при измерении величин затупления резцов при точении загото55 вок и износа задней грани режущей кромки торцовых фреэ при фрезеровании установлено, что износ инструмента при точении заготовок стали

13Х15Н4АМЗ, прошедших предваритель60 ную термообработку по предлагаемомУ ускоренному варианту ло сравнению с существующим четырехступенчатым режимом, уменьшается в 1,5-2,5 раза, а при фрезеровании в 2,0-3,0 раза 5 (см. табл. 3).

Пример. Проводится термическая обработка горячедеформированных заготовок из коррозионностойкой стали 13Х15Н4АМЗ по предлагаемому способу.

Заготовки с температуры деформации 950-1000ОС охлаждаются в воде до 600 С (до потери свечения поверхности), далее на воздухе до нормальных температур, после чего проводит- . ся обработка холодом при Т=-70ОС в течение 2 ч. После обработки холодом производится высокий отпуск при

T=620oC с временем выдержки 3,5 ч. для получения сравнительных данных параллельно проводится термическая обработка однотипных деталей

95444.9

Применение предлагаемого способа ускоренной предварительной термичес- кой обработки горячедеформированных заготовок из сталей переходного класса позволяет, по сравнению с существующим, значительно сократить

5 длительность цикла термических операций, необходимых для формирования микроструктуры заготовок перед механической и термической обработкой, что обеспечивает снижение энергети- IO ческих затрат при эксплуатации оборудования и сокращает трудоемкость изготовления деталей.

Кроме того, за счет сокращения длительности цикла термических one- 15. раций по предлагаемому способу и исключению высокотемпературных нагревов, поверхность заготовок окисляется и обезлигируется значительно меньше.

Проведение операции горячей деформации и предварительной термической обработки по предлагаемому режиму обеспечивает формирование наиболее благоприятной мелкозернистой структуры сталей перед окончательной упрочняющей термической обработкой.

Предлагаемый способ изготовления крупногабаритных заготовок был опробован на 1б промышленных партиях двух марок коррозионностойких сталей аустенитно-мартенситного класса

13Х15Н4АМЗ и 7Х16Нб и показал положительные результатй;

Экономический эффект от использования способа составляет 40 тыс. руб. в год.

954449 ф а

1 ох а» х а

Й и

3п м

I м

Ю м

C) 1

СЧ

C) Фх

au O O33, »Х4О ц хос

toxu м

<Ч

I х е ц х э х

СО

Ю Р

Ю м

1О

М м

an м

М м

33Ъ

М м ц а ам

Фо х

1 Е о

М Ф

М м

Ю м кн

Фи и х о ах 5

Ф 33 Ф И

Ц Х 4

Я Х л

° Ф

an м

h3 м

I со

СЧ н э х х ихю ое х 3 н» о u+

Ю м

33 1 о

333 1 и

Н 1 dP х Ф

oõ ox

Х 3". 6 н цм о»х

% .1

Е 1

% 4

Ch (Л

C) с-!

33Ъ

С3а

С4

e ц» н с

ego do ае6 о4 1

3Х Н .О A

Ю -!

%-3

1 ь

Ю т-3

1 о с" цо -

el=i р 4

eo. и а а х ихны

П3

%-3 сЕ

Ю -3

33Ъ

%-!

Ф 3

СО

Ю -!

1! а х

6ХХ6 1 нонцо хoeайо

Xu3uN 2нх хеФхйхоо

3 ааах х ехаооюе

Р Е О 4 9 133 Ф ии аое

»о

go I.

НЗЧ 1

0aO 1 о х хех

voe !

Э ъ

Ф х н б х к х аew

Ф ци о» и е

3 х х

Ф х

I, I !

I н+ х и е ххц еих

1»ЗОВ о,4 а

2OXIa3

Фо le а ц

30 Оью

О 4anI о

+ Х

1 !

I..

Я н +

О Ф

o,Èà,ü

p H a!I Cta

1 1

1,0 +

Ф 3 + " Х

° !ОХ

O e 30 g o V U

331 рью»о

Ф Х ацan! Ию

O e 30 O I Н !3 ох цО4--О

+ н + Ф х н ° х ихххх хххcte

every

2 O X X 333

Х Ц + 133 l I +

ЭХ Ю ао Фей а- -ou

О Х 333 0 Э ь ю»о хехацн хю

ИОЕЗООХ ! Н 3

»хцоцх -o

954449

«-1

ОЭХЭ

Х 5»ОХ еоа!

5» ве Э

OIIIXU !

Е++ (»

Х о х а ф

Е»

5» Х х х

О6 -а

Х5»ОХ еîаl»

6 Э аrrIХО!

Е++ ф а

1 5» о х

0 х а

Х 5» к о

5»

6 х х

Ц о а

tA м с

С)

1 м

°, CD

l х е

Х 5

ОРОХ

»Х5»0

1"!

OHIO

5 с с

Н5

СЧ с н!

5!Ъ

СЧ

Х 6

Х Р с!5 Х

% а е до

6 5» ц о.

0 ь, ф

IA н

CD н! Ф

CD . 5

0 5» е о

Е ч> Ф с м

Г Ъ с м

1О с м

IA с м

СЧ с м

1 н4 с м

С 4

A Е

Q o

0 Ж а х

em xo

6 5» ) я х

5 с

С5

° \

IA с

СЧ

5Г) с н м

С) 55Ъ

С» м

rA (Ч

5» Э х х о хю

О Э х к

1» ."

O U+ а

1» 1 Ю

Э ох

О ъ

5»5Х о х

С> и!

О1

rD (Ч

Р )

СЭ н с>

I Х 5» хо со

6Е О1, х«9 х

1Л!

Ю н!

i о с4 о о о ах!»

5» 5» Х е ". о ,х о х еоо

K f+

Х Ц Э О

Обухе ." ох а

Э цо . э а

X а а. х оох

1-«& Р

I о

1» о

1» К е о

Ii й

l O

Е о

OCULO (tA l о !

1 !

1 вЂ” -»

Irl !в

1-3

C5 I о

lII 1

U 5

Э 5

Х 1

Ь х!

l ххх хо 1" оо

О Х ХО 5 Г.Х

О 5ооо СЧrACD

5 а 6 < iо cA co

О Х, 1,-Ъ

1 е о х и, О Х +а Icl

Х;! О до о

Х16 О r15 Э счел е М х 5 сэ х д Эо гаК+5 Z-o U ЛZ I

00rDcD >!!IÕ о

Х Ц ЭО Цлгg 5»Ф:о

ОХХЕО! 5cI ИOlОхацое»ох

+ 3 00

1 5»

5», Х Х Х

o qj g °" rn ccI rA ух цоао о х K !оооо

1 6 6 ХСОЮtYlu) w t. Q, Мг- осою

I (Ч

Ю (Ч

Т-!

Ю л I

ad х н

Id о х и

Э ж

Х и

Э б ж х

an гЧ

1Ч

СЧ

СЧ -!

Ю (Ч

Ф-!

%-!

° !!

%.4

СЧ

ОЪ

Ю (Ч

ОЪ

С )

РЪ

%-Ф

РЪ ч-!

Са Л

%-!

ОЪ

%-!

РЪ .

ИЪ

%-.!

Са

С Ъ

%.Ч

Ю 3

%-!

Ю с!

%-!

ЫЪ

С Ъ

1и

ad Ho а о

Э (б

5 ай

Э н х

» о

Са

СЧ

Ю (Ч

1 . I

1- о

P о о

И а е н к ж х

Я о н о

Ь ж

3 х

I Э

I lal

I caa !

1 фЯ х

Х о ж о

1 о х х л

Са о

1 0 (б 1

Id н и

Cd I о

Д сй о ж I х

1 1

1 с4 1

i Zc4 1

ld g

<и

4 Х 1

0 1

1 вЂ” вЂ” В

Я 1 и с

ИХ о

I 1

1 1

I! б

1 И и

I "4 1

I Х 1

I! + 1 э о

4 и а58 оно ! os

ЭС 9

Ц Я О ино оэ

И A+ х

Э 9 ad ж Ри х»н о х 59

Э ad

5 ах еоэ В Ia, л1 2

954449

Са Ю

Ю т-!

%-1 т-!

Ю Ю

C) Ю

Ю 1 % с"! 1 %

Ю Ю

СЧ M

C l

Э О оо к l а ахки оаэ» ай+ и ажж

5 9

О!бхх д Ф ad

e X dI хх Ела жх .ох э э+ ан

Х»Об!и ййща о оэо

+эоо е аой ох!о а н х о+ е

ad Н х15жк еахн!б! б о о у неера окнах

» и н о х ж о

Э !!3 l н и

g N о а>

IQ о

954449

1 м !

Ф !

\ о Е о ! мо «! ь о

Ь с оо. о о оа е ч-! с"4 (ч с ° оо о

Ю ЧЭ CO с-! (ч м

° ° оо о сч сО (ч сч

\ Ь оо о !и>

\ % 4! с ъ о о о

m e хо х х

П а с

О Х о х

1 оо оо о с"! (ч м о о о с-! сч м о о м сф

I оо 1 (ч

I. х о

О I о

%-!

М о х

m х х %-! е с-! в ° (Я с) I

Ж1й» 1

О е 1

« ьtll Ц 1 ц -о

r o t." и

ФЭ

ОО л53

dl )Ul м 5 со 5 и я в О н осч о

° ЙЮ 1

Ю1ЧЮ всчм

It II В t >

9 ltt Л хохм х ." I Ch

t1t A !4 хо оных э e x ввод а à

991 еее а, 99 С4 х а хех g а е ао ."и е е.i, v

9 х. х у

Еч

1 I

Фж э

moo, ЦХО

B K и! Х 9

C4 B

«5 а

1 ltt

C) Ф

С> м

СО

Ж 1

Х 1

1ч о

v о

v о é э х и ь хо

Х О

Ф Ф х а

9 О

ЦФ хо ш х

О I о !

1 х х Ф х m а,1.а и Ю Я сп

II lD Э й

° O X Z rIt 1 м х р

Olrl t lola rd I

r счoX iц1 бс-!М 4 О 1

mll tl Alt t» t э, с =ь

1 х

Ц а

9 -Ь

I. "OO х е< е аб

m o х оI 9 Е .! о+х х х

I (It e

>вход иапо о-o e

С) и х™ х go

И ОО 3 о и,"!".

4х 3mon б х

m c> fdic 1 м1 х хохнэх х w e.tlt o

e o tIt Itt m а

Р (ч Р(Х 9 М

9 орла,э

uIt t:mOm

l д I ц .о

9 9 (б ! оах х и авэо

scott ххххх

Ц а О

f463 <б ихой нх

ыоюэ

ХОФХ

ХЭI4Õ х а 9

9 DсЦ ао о э хх аЯ иээа

О и х х

1» о ах

m yo

ХО(б хои

9 ttt и о g

eсч о (.) с-! g

II с

В 9

А3 Ю, °

Р\ m Х хэо хна

954449

Формула изобретения

Составитель И. Липгарт

Редактор A. Фролова Техред С.Мигунова Корректор М.. Иароши

Заказ 6370/23 Тираж 587 Подписное

ВНИИПИ Государственного кОмитета СССР по. делам изобретений и открытий

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

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

1. Способ изготовления крупногабаритных заготовок из сталей, преимущественно аустенито-мартенситного класса, включающий охлаждение с температуры конца горячей деформации 1180950ОC, предварительную термическую обработку, механическую обработку и окончательную термическую обработку, включающую нагрев до 520t10 Cg выдерж- о ку 10-20 ч, охлаждение на воздухе до нормальной температуры, нагрев до 1070 10 С, выдержку 1,0-1,5 ч, охлаждение на воздухе, обработку холодом (-50)-(-,70 C) в течение 2-4 ч (5 и отпуск при 200-350 С в течение 1-3 ч .отличающийся тем, что, с целью улучшения механообрабатываемости заготовок и сокращения длительности цикла термической обработки, охлаждение с температуры конца горячей деформации производят до

600-550ОС в воде и далее на воздухе до нормальных температур, а затем проводят обработку холодом при (-50)-(-70 С) в течение 2-4 ч и отпуск.

2. Способ по п.1, о т л и ч а юшийся тем, что отпуск производят при 600-640 С в течение 2-5 ч.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Авторское свидетельство СССР

Р 442220, кл. С 21 0 6/00, 1972.

2. Патент CtdA Р 3082132, кл. 148-136, 1963.

3. Инструкция ВИАМ Р 824-71.