Способ термической обработки заготовок
г
В.Ю.Соловьев и И.И.Бе фрин к ъ
j г "1 с ., У
Ордена Трудового Красного Знаменимаучноиссяедовате ьский институт технологии автомобильной промйатйтннасуи изобретекия (7! ) Заявитель (5") СПОСОБ ТЕРИИЧЕСКО" ОБРАБОТКИ ЗАГОТОВОК
Изобретение относится к термической обработке заготовок из углеродис- тых и легированных сталей с содержанием углерода менее 0,2Я.
Известен способ термической обра5 ботки сталей данного класса в электропечах, включающий в себя нагрев выше температуры Ас, выдержку, при этой температуре, охлаждение с печью . . до температуры на 120- 130 С ниже Ас, в о затем на воздухе до комнатной температуры 11 .
Данная термическая обработка обеспечивает высокую деформируемость эаготОВОк В хОлОднОм состоянии, нО Очень 35 длительна, что затрудняет ее использование в высокопроизводительных линиях по изготовлению деталей методами холодной объемной штамповки.
Кроме того, длительные тепловые выдержки при указанных температурах приводят к значительному окалинообраэованию и обезуглероживанию.заготовок, 2 что недопустимо при объемной холодной штамповке. Следовательно, нагрев в печи требует выполнения мер - по за" щите заготовок от окисления.
Наиболее близким к предлагаемому является способ термической обработки сталей:.,данного класса, включающий на- грев токами высокой частоты до температур на 30-50 С выше точки Ас> о с последующим охлаждением на воздухе (2) .
При обработке этим способом длительность нагрева заготовок не превышает нескольких минут, и на них практически отсутствует окалина. Однако низкая температура нагрева, отсутствие выдержки при этой температуре и быстрое охлаждение приводят к тому, что заготовки имеют высокие твердость и сопротивление деформации, низкую пластичность, что не отвечает требованиям, предъявляемым к металлу, 3., 988881 обр батываемому способами холодной объемной штамповки.
Цель изобретения - создание высокопроизводительного способа термической обработки, обеспечивающего заготовкам комплекс технологических свойств, необходимых для холодной объемной штамповки, а именно - низкие твердость и сопротивпение деформации, !О высокую пластичность и структуру, состоящую из феррита с низкой микротвердостью и зернистого перлита, Поставленная цель достигается тем, что согласно способу термической обработки заготовок, преимущественно из углеродистых и легированных сталей, нагрев заготовок осуществляют до температур на 90-160 С выше точки Ас и охлаждают на воздухе до точки Ас, от
20 точки Ас до температуры, лежащей в интервале Ас! -(А -40 С), охлаждают со скоростью 3- 10 град/мин, далее до температуры ниже точки АсА на 10025
150 С охлаждают со скоростью 2030 град/мин, затем - на воздухе.
Способ осуществляют следующим образом.
Заготовки подвергают нагреву ТВ4 до температуры на 90-160 С выше Ас>. о 30
Нагрев ведут на установках с частотой тока 2400 или 8000 Гц. Мощность установки выбирают в зависимости от размера и веса заготовок и требуемой производительности. Время нагрева устанавливают так, чтобы температурный градиент между поверхностью и центром заготовок к моменту окончания нагрева не превышал 50 С. Охлаждение заготовок до температуры Ас
40 проводят на воздухе, причем скорость охлаждения не регламентируют. Затем осуществляют охлаждение со скоростью
3-10" С/мин до температуры, лежащей в интервале между Ас и Ac„ -40 С.
0 45
Затем продолжают охлаждение со скоростью 20-30 С/мин до температуры на 100-150 С ниже Ас,!. Затем охлаждают на воздухе до комнатной температуры, причем скорость охлаждения не 0 регламентируют, Пример, Термической обработке подвергают заготовки из стали 15Х диаметром 25 мм. Для стали 15Х Ас =
730 С, Ac = 840 С. Нагрев заготовки 5 осуществлялся в индукционной установке ИК1-250/2,4 мощностью 250 квт и частотой тока 2400 Гц.!!
Нагрев заготовок ведут до 970 С со средней скоростью 20 С/с, Перепад температур между поверхностью и центром заготовок в момент окончания нагрева не превышает 40 С. Затем заготовки по открытому транспортному устройству подают в специальную камеру замедленного охлаждения. В процессе транспортирования осуществляется этап охлаждения - на воздухе.
Время охлаждения заготовок от температуры нагрева до 830-840 С составляет
2 мин. В момент загрузки в камеру зао готовки имеют температуру 830-840 С.
В процессе перемещения заготовок в камере, благодаря ее конструктивным особенностям, осуществляют !!и !!! этапы охлаждения: от 830-840 С до
700-720 С со скоростью 6 С/мин (Н этап) а затем до 600-620 С со скоростью
25 С/мин (!!! э ап). Последующее охлаждение до комнатной температуры производят на воздухе (tV этап).
Критериями оценки деформируемости стали после различных режимов термической обработки служат твердость по Бринеллю (НВ), истинное напряжение течения при одноосном сжатии (() ! относительное сужение при растяжении (f ) и характеристики микроструктурыразмер ферритного зерна и его микротвердость (Н ), форма частиц карбидной фазы.
Б0
Уменьшение значений Н В,5, Н 1 и увеличение Ч указывают на снижение сопротивления деформации стали и повышение ее пластичности.
Для обеспечения удовлетворительной деформации заготовок твердость их должна быть около 140 кгс/мм, напря/ жение течения при степени деформации
304 менее 65 кгс/мм, микротвердость о 2 феррита не выше 155 кгс/мм, относи Я тельное сужение более 704. Стуктура стали должна состоять из полиэдрического феррита (не менее 80 ) с размером зерен М 7-9 по шкале М 1
ГОСТ 5639-65 и зернистого перлита с полностью сфероидизированными частицами карбидной фазы.
Характеристики опробованных режимов приведены в табл. 1.
Характеристики полученных структур и свойств заготовок приведены в табл, 2, Опробование способа показывает, что нагрев заготовок до температур, лежащих выше точки Ас на 90-160 С, обеспечивает полное завершением/ -э !
S 98888 превращения, снятие фазового наклепа)
I и формируЬт. аустенитное зерно такого размера, которое при последующем охлаждении приводит к образованию структуры феррита и зернистого перлита, не обладающего разноэернистос тью (режим 3-5 в табл.1 и 2).
Ф
Нагрев до температур, лежащими ниже„ чеи Ac +90 С, приводит к тому, что при нагреве в структуре заготовок на«1О ряду с аустенитом присутствуют нерастворившиеся пластины карбидной фазы.
Вследствие этого после охлаждения структура заготовок содержит около
103 пластинчатого перлита, что снижает обрабатываемость давлением из-за повышенной твердости и сопртивления деформации, а также недостаточной пластинчатости (режим 6 s табл. 1 и 3
При нагреве с заданной скоростью
r до температур, лежащих выше Ас +
+ 160 С,.имеет место недопустимый температурный перепад (70ОС) между поверхностью и центром заготовок в конечный момент нагрева, что при последующем охлаждении приводит к значительной разноэернистости феррита по сечению и образованию ферритной палосчатости. Это вызывает резкое снижение пластичности заготовок (режим 7) .
Скорость охлаждения заготовок от температуры нагрева до Ас (1 этап) существенной роли не .играет, поскольку в этой области не происходит фазовых превращений. На даннои этапе охлаждение следует вести на воздухе для уменьшения времени. мации заготовок. Общая we длительность процесса обработки заготовок при этом возрастает (режии 12 s табл.1 и 2).
Охлаждение со скоростями 3-10 С/
/мин до температур, превышающих Ас, (режим М в табл.1 и 2) приводит к уменьшению доли феррита и увеличению доли перлита, что вызывает повышение сопротивления деформации и твердости заготовок.
Ф
Охлаждение со скоростью 3"10 С/мин до температур, лежащих ниже Ас -40 С, приводит к появлению в структуре пластинчатого перлита (режим 15 в табл,1 и 2). . На III этапе охлаждения до температур, лежащих на 100-150 С ниже точки Ас, происходит распад переохлаж.денного аустенита с образованием перлита.
Если скорость охлаждения при этом более 30 С/мин, то завершение перлитного превращения происходит.при более низких теипературах, и продукты распада обладают повышенной твердостью. Это приводит к увеличению сопротивления дефориации и снижению пластичности заготовок (режим 17 в табл.1 и 2).
При скорости охлаждения иеньше 20 С/иин образуется пластинчатый яерлит, отрицательное влияние которого показано (режим 16 в табл.1 и 2).
Не рекомендуется заканчиват.ь ох" лаждение при температурах, превышаю.-.; щих Ас -100 С, так как при этом перлитное превращение завершается на воздухе, е силу чего продукты распада обладают высокой твердостью. заготовок, проводимое со скоростью
20-30ОСlмин заканичивать при теипе" о, ратурах ниже Ас -l50 С, так как это приводит к удлинению процесса териической обработки без дополнительного раэупрочнения стали.
После завершения регламентированного охлаждения заготовок íà III этапе их дальнейшее охлаждение до цеховой температуры проводят на воздухе.
Предлагаемый способ позволяет эффективно снизить сопротивление деформации и повысить пластичность ста; ли 15Х, используеиой для объемной холодной штамповки.
При последующем охлаждении со скоростью 3-10 С/иин до температур, лежао 40 щих в интервале между Ас и Ас> "40 С (II этап) происходит превращение аустенита с выделением 803 сврбодного полиэдрического феррита. Как известно, 4э сопротивление деформации стали тем ниже, чем больше объеиная доля свободного феррита в микроструктуре и ниже
его микротвердость.
Если скорость охлаждения в указан$6 ном температурном интервале превышает
10 С/мин, то количество свободного феррита уменьшается, а микротвердость его возрастает (режим 13 в табл.! и 2,) ..
Соот ветст венно повышается сопроти вле55 ние деформации стали и снижается ее пластичность, Скорость охлаждения менее 3 С/мин
Ф на втором этапе охлаждения не приводит, 1 6 ни к дополнительному увеличению доли свободного феррита, ни к снижению его микротвердости, а также не уменьшает твердости и сопротивления дефорНе рекоиендуется также охлаждение
988881
Характеристика режимов!
htj OC
t„9 ЬC с
V < С/мин и t С кьм по этапам
l lI
) .( выдержка 4 ч, охлаждение на воздухе
Охлаждение на воздухе до температуры цеха
По аналогу
6
720
840
600
»11
« I I»
« I1»
I1»
« l l
«tl»
70
»11»
720
« I l
«11»
720
»11
600
« I l
«11
600
840
«11
600
«!!
l l»
I I »
« l l
« I I»
fI»
«! I»
« I 1
11»
« I l
« I I»
Режимы обработки
По прототипу
По предлагаемому способу
По предлагаемому способу (граничный по температуре нагрева) По предлагаемому способу (выходящий за пределы температуры нагрева) По предлагаемому способу (граничный по скорости охлаждения) По предлагаемому способу (выходящий за пределы скорости охлаждения) Печной нагрев до 840 С, с печью до 600 С, далее
720
13
680
8 таблица 1
Продолжение табл. 1 е е е е е « ее е
Режимы обработки
Характеристика режимов еее е
htt С
«»»е»»«Е«е
Чаха С/м! н и т.1 я у С по этапам с
Ф 1 1 ейвееееее«еееееееее е ее
16
606
600 е!!»
«11»
«ll»
726
«11»
»ll»
«!1»
«11»
1I»
II» е: tH и Ги - температура и время нагрева заготовок, соответственно; a t - разница температур между поверхностью и центром заготовки в момент достижения поверхностью tH, Vbaa. и tH>> - соответственно скорость охлаждения и температура, до которой происходит охлаждение с заданной Ч р,:.
Примечани
Таблица 2
Характеристики микроструктур ("
НВ! кгс мм
««е «
Размер зерна
Феррита
Нф кгс/мм
Соотноаение структурных составляющих по этапам
10
803 Ф +203 П
70ж Ф,+30 П
1003 А 803 ф +203 А
80ЖФ +20ЖП.
«1 l» г!
«11»
«,II»
ll»
129
136
703Ф +203А+ ..
+loins
803Ф3+20ФА
70ФФ +10ФП + 154
+10 Пй
803Ф +203П 1 40
« II» 146
90%A+1030
62 66 1003 А
129
133
I I»
«11»
«1l»
«11»
l l»
132 64 72
130 62 74
129 61 74
142
«11»
«11, I I»
«I I»
»l1»
«1 l »
«I I »
140
° 1
«!1»
l l»
75ФФ +253П 160
703Ф +303П 162
803Ф +103П+ 142 м10 П, «11»
139 71 67
«11
« I l»
«11»
131 64 69
126 60
168 80
130 62
132 64
76
61
74
73
68 .
75ФФ +253А
70 ФЗ+ЗОЖА
80ФФв+10ФА+
+10 ФП„
136
142
144
7-е
8- 9
9-10
8-9
8-9
7-8
7
8-9.
988881
Продолжение табл. 2.
630 r кгс мм
Hei кгс мм
Я.
Характеристики микроструктур
Ф, . %
Размер зерна феррита
Ифлоi кгс/мм оотношение структурных составляющих по этапам
80Ффэ+10РА+ 8ИФ +20ФП„
+10 П„
132 65 68
137 67 67
142
7-8
1004А
80ФФ +203П 154
П р и м е ч а н и е: А- аустенит; Ф " феррит зернистый (полиэдрический)
П и П„ - зернистый и пластинчатый перлит соответственно.
Ас-(Ас -40 С), охлаждают со скростью
34 0 град/мин, далее до температуры ниже точки Ас на 100-150 С охлаждают со скоростью 20-30 град/мин, за" тем - на воздухе.
Формула изобретения
Составитель А.Адаскин
Редактор Е, Лазуренко Техред М.Костик Корректор Г.Решетник
Заказ 10994/35 Тираж 5р6 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, М
Способ термической обработки заготовок, преимущественно из углеродистых и легированных сталей, содержащих менее 0,253 углерода, заключающийся в нагреве токами высокой частоты выше температуры Ас с последующим охлаждением до комнатной температуры, о тл и ч а ю шийся тем, что, с .целью повышения пластичности, нагрев заготовок осуществляют до температур на 90- 35
160©С выше точки Ас и охлаждают на воз духе до точки Ас, от точки Ас до температуры, лежащей в интервале
Источники информации, принятые во внимание при экспертизе
Гуляев Н,П,Иеталловедение. М., "Металлургия", 1976, с, 308.
2. Головин Г.ф., Зимин Н.В. Технология термической обработки металлов с применением индукционного нагрева.
Л., "Машиностроение", 1979, с.65-68, 109-111.
