Способ термообработки высоколегированных вторично- твердеющих сталей
(п>991518
ОП ИСАНИЕ
ИЗОБРЕТЕН ИЯ
К .АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ
Союз Советскик
Социалистическик
Республик (61) Дополнительное к авт.,свид-ву (5! )М. Кл . (22)Заявлено 28. 12.79 (21) 2859662/22-02
С 21 0 9/22
С 21 0 1/18 с присоединением заявки М
Гесудзрствеавш квинтет (23) Приоритет
Опубликовано 23. 01. 83. Бюллетень М ? вв аелам .иэебретеияй и еткрытий (53) УДК 621. .785.4 (088.8) Дата опубликования описания 25.01.83
Л.Я. Контер, B.Ë. Захарова, В.С. Буркин, Е.Ат Шифей6ЩЯ ."; .,g
В.В. Артамонова и А.И. Калугин
Е Ееt(к : .,ú "." ъз:, т т у
Всесоюзный научно-исспедоеатепьский конструк ррпн 1 технологический институт подшипникоаой промышленности (72) Авторы изобретения (7I ) Заявитель (54) СПОСОБ ТЕРИООБРАБОТКИ ВЫСОКОЛЕГИРОВАННЫХ
ВТОРИЧНО-ТВЕРДЕЮЩИХ СТАЛЕЙ
Изобретение относится к машино- . строению, а именно к термообработке высоколегированных вторично-твердеющих сталей, и может быть использовано при производстве деталей теплостойких подшипников, а также режущего и другого инструмента.
Известна широко применяемая термическая обработка высоколегированных вторично-твердеющих сталей, состоящая из закалки с аустенитизацией при оптимальной температуре и охлаждением, исключающим перлитный распад аустенита, и многократного отпуска при температуре вторичного твердения (1 ).
Закалку обычно производят погружением в масло или иную жидкую среду с последующим охлаждением до .комнат.ной температуры.
С целью уменьшения закалочных короблений применяют также ступенчатую закалку с непродолжительной выдержt
2 кой для выравнивания температуры в области устойчивости переохлажденного аустенита и последующим охлаждением до комнатной температуры. При закалке рекомендуется быстрое охлаждение или непродолжительные выдержки в области относительной устойчивости аустенита с целью избежать его стабилизации, так как принято стремиться о к наиболее полному превращению аустенита в мартенсит до отпуска.
Известна, но менее распространена изотермическая закалка на бейнит с длительной выдержкой при температуре бейнитного превращения, например при
220-3000С, и последующим охлаждением до комнатной температуры. Закалку проводят с целью получения мартенситной (или бейнитной) структуры с избыточго ными карбидами и остаточным аустенитом или без йих. Вторичное твердение происходит при отпуске за счет выделения субдисперсных карбидов из мартенсита.
3 99151
Высокая надежность и долговечность теплостойких подшипников качения обеспечивается получением высоких значений твердости и тег(лоустойчивости подшипниковой стали при сохранении мелкого зерна и достаточного запаса пластичности и вязкости. Стандартная термообработка деталей из стали 8Х4В9Ф2-Ш (ЗИ347-Ш) и аналогичных теплопрочных сталей, состоящая 1о из закалки на мелкое зерно (для стали 8Х4В9Ф2-Ш от 1200-1230 С) и трехо кратного отпуска при 565-580 С, не позволяет на большинстве плавок стали получить твердость выше НРС 59-61. 15
Другие известные способы термообработки высоколегированных вторичнотвердеющих сталей (ступенчатая или изотермическая закалка) дают аналогичные результаты. го
Известные способы повышения твердости и теплоустойчивости высоколегированных вторично-твердеющих сталей имеют ряд существенных недостатков.
Легирование кобальтом значительно 25 удорожает "сталь, делает ее не технологичной при горячей обработке давлекием, отжиге, отпуске. Низкотемпературная термомеханическая обработка технологически очень сложна, особен- зо но при массовом производстве подшипников качения, требует коренной перестройки техпроцесса производства деталей, применения сложного дорогостоящего оборудования.
Целью изобретения является изыскание технологически простого и дешевого способа повышения твердости, прочности, теплоустойчивости и кон4О тактной выносливости высоколегированных вторично-твердеющих сталей.
Поставленная цель достигается тем, что, согласно способу термообработки высоколегированных вторично-твердею45 щих сталей, включающему аустенитизацию, охлаждение от температуры аустенитизации со скоростью выше критической исключающее перлитный распад и многократный отпуск при температуре вторичного твердения, охлаждение от
50 температуры аустенитизации ведут до температуры, не превышающей верхнюю границу устойчивости переохлажденного аустенита, и до получения структуры с содержанием аустенита не менее 503, а затем проводят дисперсионное тверде-. ние аустенита. Режим аустенитизации для получения мелкого зерна и многоЯ ф кратного отпуска при предлагаемом способе не отличаются от стандартных.
Принципиальным отличием предлагаемого способа термообработки является получение вторичной твердости в основном за счет дисперсионного твердения аустенита, а не мартенсита или бейнита, как при известных способах термообработки. В аустените, легированном вольфрамом или молибденом, при 500-580 С выделяются специальные карбиды типа Ме С, более дисперсные и менее склонные к коагуляции, чем карбиды этого типа, выделяющиеся в мартенсите или бейните при тех же температурах. Это обьясняется большей компактностью решетки аустенита и меньшей скоростью диффузии в нем.
При смешанной мартенситно-аустенитной или бейнитно-аустенитной структуре остаточные сжимающие напряжения в аустените интенсифицируют процесс дисперсионного твердения. После дисперсионного твердения аустенит превращается в мартенсит при охлаждении от температуры изотермической выдержки или отпуска, а также в результате последующих отпусков.
Охлаждение от температуры аустенитизации при предлагаемом способе может. производиться по различным технологическим режимам.
Путем охлаждения до температуры, лежащей выше температуры начала мартенситного превращения, например до
220-580 С, со скоростью, исключающей, как и при стандартной термообработке, перлитный распад, получают аустенитную структуру (с избыточными карбидами или без них в зависимости от состава стали). Дисперсионное твердение аустенита проводится в этом случае при изотермической выдержке без промежуточного охлаждения. Температура изотермической выдержки должна обеспечивать протекание с достаточной скоростью процесса выделения карбидов, но не превышать температуру отпуска во избежание недопустимой коагуляции карбидов и снижения механических свойств. Продолжительность выдержки должна быть достаточной для прохождения процесса твердения, например составлять 1- 10 ч. Целесообразно проводить охлаждение от температуры аустенитизации сразу в среду (например, в расплавленную соль) с температурой, равной температуре
5 99151 твердения. Наиболее эффективна температура среды 520-580 С, при которой процессы выделения карбидов про-. исходят интенсивнее, чем при более низких температурах, Более высокая. температура изотермической выдержки в большинстве случаев недопустима изза коагуляции карбидов. В частном случае дисперсионное твердение аустенита может проводиться при темпе-. 10 ратуре отпуска.
Путем охлаждения до температуры, лежащей ниже температуры начала мартенситного превращения, но существенно выше комнатной, и непродолжитель- tS ной выдержке при такой температуре получают аустенитную структуру с частичным мартенситным распадом (также с избыточными карбидами или без них).
Дисперсионное твердение аустенита npo-zg водят в таком случае при первом отпуске. Минимальная температура охлаждения после аустенитизации не должна быть ниже 80- 100 С для гарантио рованного сохранения необходимого для 2s упрочнения количества аустенита. Охлаждение от температуры аустенитизации можно производить в жидкую среду, например в горячее масло, а выдержку до переноса на первый отпуск или на стабилизирующую обработку ограничивать временем, гарантирующим сохранение в поверхностных слоях деталей или изделий не менее 50ro аустенита, например 10-120 с. От прерываемой закалки, рекомендованной для крупного инструмента с целью предотвращенйя образования закалочных трещин, предлагаемая схема обработки принципиально отличается регламентированием времени пребывания в закалочной среде и содержания аустенита в поверхностных (рабочих) слоях деталей или изделий. При прерываемой закалке деталь выдерживают в горячем масле до достижения всем сечением температуры масла, например 90-100 С. Поскольку это время велико, то а поверхностных, слоях детали слишком полно проходит мартенситное превращение и недостаточное количество остаточного аустенита не позволяет при отпуске полу" . чить необходимое упрочнение.
Путем охлаждения до температуры бейнитного превращения, например переносом в среду с температурой 220300 С,. и выдержки при этой температуре в течение времени, достаточного для частичного бейнитного превраще8 6 ния, получают аустенитную структуру с частичным бейнитным распадом (также с избыточными карбидами или без них).
Дисперсионное твердение аустенита в этом случае проводят при первом отпуске без промежуточного охлаждения ниже температуры начала мартенситно"
ro превращения (или после предварительного отпуска). В большинстве высоколегированных сталей бейнитное превращение не идет до конца, поэтому увеличение выдержки в бейнитной области не опасно, но целесообразно ее ограничивать по технологическим соображениям от 2 до 10 ч.
В случае проведения охлаждения от температуры аустенитизации с частичным превращением аустенита в мартенсит или бейнит можно в технологических целях замедлить этот распад стабилизирующей обработкой переохлажден" ного аустенита. Такую стабилизацию выполняют выдержкой в.области относительной устойчивости аустенита, Температура и длительность выдержки долж-. ны гарантировать сохранение аустенита без распада или старения. Например, стабилизирующую обработку проводят при 340-4500С в течение 10-120 мин.
После стабилизации проводят дальнейшую обработку с частичным мартенситным или бейнитным превращением, описанную выше.
Если по технологическим соображениям, например при необходимости накопления деталей для отпуска, неудобно сразу после частичного мартенситного или бейнитного превращения проводить первый отпуск, то можно выполнить стабилизирующую обработку в области устойчивости переохлажденного аустенита. Аустенит при этом не претерпевает изменений, а предварительный отпуск мартенсита или бейнита при температуре, лежащей ниже температуры основного отпуска, не только не уменьшает эффекта вторич" ного твердения, но, проведенный в
I определенном температурном интервале, например при 340-360 С, интенсифицирует выделение карбидов в мартенсите.
После предварительного отпуска детали можно сразу переносить на первый основной отпуск или охлаждать до температуры цеха и основной отпуск проводить после перерыва во времени.
Предлагаемый способ термообработки может быть применен для сталей, легированных вольфрамом и молибденом, 99.1 518
7 вторичное твердение. которых происходит за счет выделения субдисперсных карбидов типа Ие С. Прсаерку способа проводят на теплопрочной подшипниковой стали марки 8Х4В9Ф2-III s (ЭИ347-Ш), коррозионностойкой подшипниковой стали марки 130Х15И4Ф3"ВД (Э8120-ВД) и быстрорежущей стали марки Р6И5.
В таблице показаны режимы термо- 10 обработки образцов и их влияние на структуру и свойства сталей.
Из таблицы видно, что при термообработке по различным вариантам .предлагаемого способа твердость сталей после стандартного и повышенного отпуска, а следовательно, и теплоустойчивость выше, чем после обработки по стандартной технологии, что прочность и контактная выносливость стали ЗХ4В9Ф2-Ш после термообработки предлагаемым спосбоом также вы,ge, чем при известной обработке.
Р
Ю
ы !
«Ъ
° Э . МЬ а о
4!Ъ . !!Ъ м N
CI Р
° O
Р м
° ы м
Р фФЪ
Р ф«»
ы
О I
I lII399
lA
9Ъ
lA
Ol
lA! а и
Ф
Ъ!Ъ
«Ф
Ю!!Ъ
М во
МЪ
Ф о с с»
ОУ О й- й! l ! I ! а
° а
° f
I %f а
1 I»
I 4Э !
° Ф
ы
О $
ы
О
О
ы
О М
О +
Ll С I
М .v л
4J
Ф оъ y.u оъ g
$3 I- $3 ! ° а °
3а5 3
Н ъэ л о с
О !т т т т м т а в и .!- л
v c .л Фо
ОО
v т
О 3
МЪ
О % а с а Ъ."1 2 я т
Ф- о
8g
Я. »
О ф
«;фм
Э»
Ф»
° Ф»
И»
ВД Л.=, И!
«»
Я ю ф ФЪ
И.»
Я !!Ъ
5е
Я»
CI еч
N.
ЮИ! мл
ФФ а! . е Х х ею
I !
K) За!,4
1Ф с В*ой с а !!
- т а т
Ol O k
". м В йа
Р Й чэ о о
О»!т
1а=i аа ла е т !- x
«K3 j*
-атт лоo т с ° а а т
t4 fI 0
* зв:„
3 йк.
«уеиоео
Рае3N
Ф
° .
lA
Й
В
RT
»Р
Я»
991518 т
O ф
Ю Х ФМ.
upc
3;
° У
6и о а!.!
v oo
Cf Cj а там е о
za
ЕО У
3)!A ф
3% «2 аа т
Ю ф т т л т о я»
C» T Ю
) и с х с !! о ао
v 90
° $м та
fig»
МЪ аъ, cfl
МЪ фу lA
Xcv и 5.
g3) Я
° ° .Я
К3 5 1 ф ff Я и
° э
991У 8
I
° Ч
f4fI
4Ч
1 I
fOI RI-I,ZI
Я»» I 1 46
Фй и 4.
О 1 О О
° бх1У иох
44 CV чВ
° С
ФЧ $ й1 °
c= О z 0 х
I
1
Ф
fO а!
Лб
1» 1 х
CL t
l» 1
O I! б Е
44 1
yazI-ф
Йб fZ 41
afOZVZ
4=!-ZfOZ
1 fO 1
4I аа
Y и л а 4.4
1-О о
1 йб Х3
1 !
1
I
1
1 б
I
4
t.
I
1
z м
0 fO
fO
1 г»
* fO
z x
Р И б- л
v c
Л IР О ае
g2 о
lO z
Y И б о
43 о а 5
1 !
1
f
1 !
4
1 !
1
6 4 щ Ia с
g 444
Й= 44
1 С
1 i °
Д Ф ! !
В
o3
° !
° 1
Й 1
Ф I
I б
Е б
36 о ! о и а с= !
1
1
i;.aÐ
kraal Оба
Ф
Сб ю»ь
44S
° ф + фЯ
1
1
I
1
Ф о
Р 44 IO
opz
1 III 44 (OI0
1 Ol u
° l ß У Е
И ЕабЧ Я
° a j ï
4.4
О
D М
4!4 fO u х л з -с
ЙO ) еФ" 4Й
1 О
° ч .
z ф (Й Ф о 3 ас
»
Р бй
Ъ 1 йе а 4Й
0X 4аб еО
I- O
4Ч 9 и е ох
z y i
z ф и к.
1еР
Об!О
IA юс O »
cv g. й« у е L o
ВЕх CnR, О4
ЙЙL Й j lj у
111ЬЙ с
° 4! е абЙ
8 33
М Й+С 44 а й- й+C фФ» СЭг» Х ХХ
R u)
Йй ) ° . I OI
Йбо Й
° а
Йн
И И
8 8
Ю» х
» б3 Ф
° .
< б-
У е а
9915
13
Формула изобретен- я Редактор Л. Филиппова
Составитель А Денисова
Техред И. Надь
Корректор B.,. Прохненко
Заказ 153/72..
Тираж 566 Подписное
ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий
113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5
Филиал ППП "Патент", r. Ужгород, ул. Проектная, 4
1. Способ термообработки высоколегированных вторично-твердеющих сталей, включающий аустенитизацию, охлаждение от температуры аустенитиза= ции со скоростью выше критической и многократный отпуск при температуре вторичного твердения, о т л и ч а юшийся тем, что, с целью повыше- 10 ния механических характеристик, охлаждение от температуры аустенитиза- ции ведут до температуры, не превышающей верхнюю границу устойчивости переохлажденного аустенита, и до по- 13 лучения структуры с содержанием аустенита не менее 504, а затем проводят дисперсионное твердение аустенита, 2. Способ по и. 1, отличаюшийся тем, что дисперсионное 20 твердение проводят при изотермической выдержке при температуре, не превышающей температуру отпуска, в течение 1-10 ч.
3. Способ по и. 2, о т л и ч а ю -23 шийся тем, что дисперсионное твердение проводят при температуре отпуска.
4. Способ по и. 1, о т л и ч а ю— шийся тем, что дисперсионное 30 твердение аустенита проводят при первом отпуске.
5. Способ по ïï 2 è 3, î T ë è— ч а ю шийся тем, что охлаждение от температуры аустенитизации ведут 33 до температуры, лежащей выше температуры начала мартенситного превращения, и с этой температуры проводят дисперсионное твердение аустенита. 40
6. Способ по и, 5, о т л и ч а юшийся тем, что охлаждение ведут до 220-580 С.
7. Способ по и. 6, о т л и ч а ю— шийся тем, что охлаждение осу- 4> ществляют в среде с температурой 520580 С.
8. Способ по и. 4, о т л и ч а ю— шийся тем, что охлаждение от !
18 14 температуры аустенитизации ведут до температуры, лежащей ниже температу-. ры начала мартенситного превращения, но не ниже 80-100 С, и с этой темпе ратуры проводят первый отпуск или стабилизирующую обработку.
9. Способ пс и. 8, отличаюшийся тем, что для получения в поверхностных слоях детали не менее
503 аустенита охлаждение от температуры аустенитизации проводят в жидкой среде с выдержкой,10-120 с.
10. Способ по и. 4, о т л и ч а юшийся тем, что охлаждение от температуры аустенитизации проводят до температуры бейнитного превращения, а затем после выдержки проводят с этой температуры первый отпуск или стабилизирующую обработку.
11. Способ по и. l0, о т л ич а ю шийся тем, что охлаждение осуществляют в среде с температурой
220- 300 С и выдерживают при этой температуре в течение 2-10 ч.
12. Способ по пп. 8 и 10, о т— л и ч а ю шийся тем, что в процессе охлаждения от температуры аустенитизации перед частичным мартенситным или бейнитным превращением стабилизирующую обработку аустенита проводят при 340-450 С в течение 10120 с.
13. Способ по пп. 8-11, о т л ич а ю шийся тем, что после частичного мартенситного или бейнитного превращения проводят стабилизирующую обработку с выдержкой в области устойчивости переохлажденного аустенита при 340-360 С s течение 1-3 ч и. охлаждают.
14. Способ по и. 13, о т л ич а ю шийся тем, что после стабилизирующей обработки производят охлаждение до комнатной температуры.
Источники информации, принятые во внимание при экспертизе
1. Геллер Ю.А. Инструментальные стали. И, "Иеталлургия", 1975, с. 427-432, 356-359.
