Способ термической обработки мартенситностареющих сталей

Авторы патента:

СТРУГ ЕФИМ МАРКОВИЧ

ПЕРКАС МАРК ДАВИДОВИЧ

АФАНАСЬЕВА АННА АЛЕКСЕЕВНА

ЗАЙЦЕВА РАИСА ДМИТРИЕВНА

АНУФРИКОВА ГАЛИНА ВЛАДИМИРОВНА

C23C8/24 - азотирование

C21D6/04 - закалка путем охлаждения ниже 0шC

C21D6 - Термообработка сплавов на основе железа

СПОСОБ ТЕРМИЧЕСКОЙ ОБРАБОТКИ МАРТЕНСИТНОСТАРЕЮЩИХ СТАЛЕЙ преимущественно железо-никель-кобальтовых , включающий закалку и старение при 450110 С в течение 1-1,5 ч, отличающийся тем, что, с целью уменьшения температурного коэффициента частоты собственных колебаний, проводят дополнительное старение при 550-625с в течение 3-3,5 ч и обработку холодом при (-40) - (-42) в течение 1,5-2 ч.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИН

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ "

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ CGCP

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И OTHPblTMA (21) 3323075/22-02 (22) 13.07.81 (46) 23.04,84. Бюл. 9 15 (72) Е.М.Струг, М.Д.Перкас, А.А.Афанасьева, P.Д.Зайцева и Г.В.Ануфрикова (53) 621,785.79(088.8) (56) 1. Бирман С.Р. Экономнолегированные .мартенситностареющие стали.

М., "Металлургия", 1974, с. 119.

2. Патент. США В 3483186, кл. 75-123, 1970.

„„SU„„1087553 А

345D С 2! D 6 00 (54)(57) СПОСОБ ТЕРМИЧЕСКОЙ ОБРАБОТКИ МАРТЕНСИТНОСТАРЕЮЩИХ CTAIIEA преимущественно железо-никель-кобальтовых, включающий закалку и старение при 450+10 С в течение 1-1,5 ч, отличающийся тем, что, с целью уменьшения температурного коэффициента частоты собственных колебаний, проводят дополнительное старение при 550-625оC в течение

3-3,5 ч и обработку холодом при (-40) вЂ” (-42) С в течение 1,5-2 ч.

1087553

Изобретение относится к металлургии, в частности к способам термической обработки деталей упругих чувствительных элементов точных приборов, изготовленных из железо-ни- 5 кель-кобальтовых мартенситностареющих сталей, и может быть использовано при изготовлении деталей типа пружин, мембран, подвесов и т.д. для упругих чувствительных элементов точ- 1О ных измерительных приборов, В современном приборостроении в качестве материалов для изготовления упругих чувствительных элементов и деталей типа пружин и упругих подвесов применяются железо-никель-кобальтовые мартенситностареющие стали, обладающие высоким пределом упругос ти, значительно превосходящим пределы упругости практически всех известных пружинных материалов (высокоуглеродистых и легированных сталей, специальных сплавов и т.д.).

В частности, мартенситностареющие стали значительно превосходят по пределу упругости пружинные сплавы элинварного класса.

Однако мартенситностареющие стали, термообработанные по известным режимам, характеризуются существенной 30 зависимостью упругих характеристик (модуля упругости) от температуры, что в значительной мере ограничивает возможность их применения в качестве материала для упругих чувствительных элементов в точном приборостроении, поскольку для снижения температурной погрешности приборов в случае использования мартенситностареющих сталей требуется применять сложные и энергоемкие термостатирующие устройства.

Известен способ обработки мартенситностареющих сталей, включающий

0 закалку с температурой 1000 С, обработку холодом и старение при

4500С (13.

Наиболее близким к изобретению по технической сущности является способ термической обработки мартенситностареющих сталей, преимущественно железо-никель-кобальтовых, включающий закалку и старение при

450 10 С в течение 1-1,5 f2 3.

Однако известный способ не обеспечивает получения у сталей этого класса малого температурного коэффициента модуля упругости (т.е.м.у.) и линейно связанного с ним температурного коэффициента частоты собственных колебаний (т.к .ч.) . Это обусловлено тем, что в результате старения при температурах по известному способу структура состоит иэ мартенсита, упрочненного частицами выделений и имеющего сравнительно высокую температуру Кюри (350 С).

Вследствие этого в диапазоне климатических температур от (-40) до (+60) С наблюдается существенная зависимость упругих свойств от температуры и значения температурного коэффициента частоты собственных колебаний достигают -130.10 1/ С.

-6

Целью изобретения является уменьшение температурного коэффициента частоты собственных колебаний.

Для достижения поставленной цели согласно способу термической обработки мартенситностареющих сталей преимущественно железо-никель-кобальтовых, включающему закалку и старение при 450+ 10 С в течение 1-1,5 ч, проводят дополнительное старение при 550- 625 С в течение 3-3,5 ч и обработку холодом при (-40) (-42) С в течение 1,5-2 ч.

В результате такой термообработки структура стали состоит иэ состаренного упрочненного мартенсита и высокодисперсных частиц ферромагнитного аустенита, получающего в результате обратного о(, - у перехода, который снижает точку Кюри сплава до температур порядка 50-150 С.

Такое снижение точки Кюри приводит к уменьшению зависимости модуля упругости от температуры. Изменяя температуру старения в пределах 550625 С, можно регулировать количест0 во аустенита обратного перехода и, тем: самым, изменять значения т.к.ч. от -50 10- 1/ С до +35.10 1/оС. Такие значения т.к.ч соответствуют сплавам элинварного класса. Последующая обработка холодом при (-40) вЂ (-42) С о в течение 1,5-2 ч проводится с целью перевода нестабильной части аустенита обратного перехода в мартенсит для стабилизации температурного коэффициента частоты.

Предварительное старение при

450i10 C в течение 1 вЂ” 1,5 ч проводится с целью увеличения количества стабильного аустенита обратного перехода после обработки холодом эа

108755

Таблица 1

Ауст.Х

Т.к.ч. !0 1/ С

Режим термической обработки

От 0 до +60 С От -40 до +60 С От +20 до -40 С

-131<1,5

289+5 0

-134Ф1, 0

610i9 3 0,5

13411,3

-72 0,8

-11312,0, -79+ 1,5

8 0,3

560 4

3 счет образования большого количества обо гаще нных ле гирующими элем е нтами эон (предвыделений).

Повышение температуры второго старения выше 625 С нецелесообразно, о так как при охлаждении после старео ния от температуры выше 625. С образовавшийся аустенит превращается в мартенсит с точкой Кюри, лежащей при более высокой температуре.

Способ осуществляют следующим образом.

Проводят термическую обработку, например, стали ООН21К9М5Т по следующим режимам: закалка от температуры 950+10 С после выдержки в тео чение 1-1,5 ч в воде, обработка жидким азотом в течение 1 ч, предварительное старение при 450+10 С в течение 1-1,5 ч, старение в интеро

0 вале температур 550-625 С в течение 3-3,5 ч, обработка холодом при температуре (-40) вЂ (42) С в течение

1,5-2 ч.

Точность поддержания температуры в печи во время термообработки

+ 10 С, а точность поддержания тема пературы при обработке холодом

+ 1 С.

На термообработанных таким образом образцах измерялся температурный коэффициент собственной частоты в диапазоне температур (-40)(+60) С. Точность измерения темпео р а тур но го к о эффицие н та ч а сто ты составляет +1,5-10 61/ С.

Результаты замеров представлены в табл. 1. Как видно из таблицы, образцы, термообработанные по известному способу (режимы раздела (а)

40 имеют температурный коэффициент частоты в пределах вЂ (70 -130) х а1 Закалка

950110 C

1-1,5 ч» охлаждение s воде обработка в жидком азоте -130f1 0

Закалка +450<10 С/3 ч

-105 1,!

Закалка +5001 10 C/3 ч -89tOs9 х 10 1/ С, в то время, как образцы, -4 о обработанные по предлагаемому способу, в зависимости от температуры второго старения имеют температурный коэффициент частоты от -47 х х 10 6 1/ С до +34 ° 10Г 1/ С. Выбирая температуру второго старения в предлагаемых пределах, можно изменять значение получаемого температурного коэффициента частоты. Это позволяет существенно повысить термостабильность упругих чувствительных элементов, изготовленных из мартенситностареющих сталей, повысить точность приборов, использующих эти упругие чувствительные элементы, снизить требования к термостатированию приборов без ущерба для их точности.

Режимы d" отличаются только температурой второго старения и обработкой холодом при -(40)-(-42) С после старения.

Влияние времени выдержки в ука- . занных выше пределах на температурный коэффициент частоты, твердость (Н ) и количество.аустенита обратного перехода приведено в табл. 2 °

Как видно из табл. 2 изменение времени выдержки в указанных пределах вызывает изменение температурного коэффициента частоты, не превышающее ошибку измерения.

В табл. 3 представлены сведения об изменении предела упругости сплава ООН21К9М5Т после обработки.

Для типичного пружинного сплава эликварного класса вЂ” спл. 45ИХТ при значениях Т.к.ч. = Ф 5.10-61/оС в интервале температур от -40 до 60 С, о

70 кг/мм .

1087553

Продолжение табл I F.ê.u. ° 10 !/ С

HV круст. 7

Режим термической обработки

От Одо 60 С От +20 до -40 С

-47 1, О -46+1, 2

458+7 41ф!

-45 I,4

Закалка +450/10 С/1 ч