Способ химико-термомеханической обработки стальных изделий

 

Изобретение относится к деформационно-термической обработке стали и химикотермической обработке одновременно и может быть использовано в металлургии и машиностроении. Цель изобретения - повышение прочности на изгиб уменьшение коробления при сохранении высокой износостойкости поверхности. Для этого междеформационные паузы и ускоренное охлаждение изделий после деформации проводят после истечения последеформационной паузы , рассчитываемой по формуле: т а + 0,5 чх, где для углеродистых сталей, для низколегированных сталей; для среднелегированных сталей, х - суммарное содержание основных легирующих элементов, %, с последующим охлаждением до температуры Мн+(10 - 40)°С, затем выдерживают в горячем расплаве до распада аустенита во внутренней зоне, не подвергнутой насыщению углеродом, с последующей закалкой поверхностной насыщенной зоны на воздухе и отпуск. Это позволяет повысить прочность на изгиб, уменьшить коробление при сохранении высокой износостойкости поверхности . 1 ил., 2 табл.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (м)э С 23 С8/20, С 21 О 8/00

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4727610/02 (22) 04.08.89 (46) 30.09.91, Бюл. М 36 (71) Донецкий политехнический институт (72) В.И.Алимов, А.П.Штыхно, В,П.Мамрюков и Е.Г.Климушкин (53) 621.785.510.6 (088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

М 1420040, кл. С 21 D 8/00, 1987. (54) СПОСОБ ХИМИКО-ТЕРМОМЕХАНИЧЕСКОЙ ОБРАБОТКИ СТАЛЬНЫХ ИЗДЕЛИЙ (57) Изобретение относится к деформационно-термической обработке стали и химикотермической обработке одновременно и может быть использовано в металлургии и машиностроении. Цель изобретения — повышение прочности на изгиб уменьшение коробления при сохранении высокой изноИзобретение относится к деформационно-термической обработке стали с изменением химсостава и может быть использовано в кузнечных, кузнечно-прессовых и кузнечнотермических цехах трубных, металлургических и машиностроительных заводов при производстве изделий из среднеуглеродистых конструкционных сталей типа валиков, осей, валов, пластин, заготовок шестерен и др.

Цель изобретения — повышение прочности на изгиб и уменьшение коробления изделий при сохранении высокой износостойкости поверхности.

На чертеже представлена схема режима . предлагаемого способа, „„5U„„1680797 А1 состойкости поверхности. Для этого междеформационные паузы и ускоренное охлаждение изделий после деформации проводят после истечения последеформационной паузы, рассчитываемой по формуле: Г =а+ 0,5» хх, где а=1 для углеродистых сталей, а=2 для низколегированных сталей; а=З для среднелегированных сталей, х — суммарное содержание основных легирующих элементов, . с последующим охлаждением до температуры MH+(10 — 40)0С, затем выдерживают в горячем расплаве до распада аустенита во внутренней зоне, не подвергнутой насыщению углеродом, с последующей закалкой поверхностной насыщенной зоны на воздухе и отпуск. Это позволяет повысить прочность на изгиб, уменьшить коробление при сохранении высокой износостойкости поверхности. 1 ил., 2 табл.

Согласно предлагаемому способу изготовления изделий, включающему насыщение углеродом, дробную деформацию, например, ковкой, штамповкой с регламентируемыми междеформационными паузами и окончательную термообработку, ускоренное охлаждение изделий после деформации проводят по истечении последеформационной паузы, равной:

x=a+05 х где а=1,2 и 3 соответственно для углеродистых, низколегированных и среднелегированных сталей; х — суммарное содержание основных легирующих элементов, $, до температуры

М +(10 — 40)0С, выдерживают в горячем рас1680797 плаве до распада аустенита во внутренней зоне, не подвергнутой насыщению углеродом, на бейнитную структуру с последующей закалкой поверхностной насыщенной зоны на воздухе и отпуск, Благодаря тому, что ускоренное охлаждение заготовок производится по истечении последеформационной паузы (r), не превышающей в среднем для углеродистых сталей 2 с; для низколегированных — 4 с; для среднелегированных — 6с, за столь короткое время не успевают пройти процессы собирательной рекристаллизации, способствующие разупрочнению стали, т.е. необходимо сохранить дефектность структуры после деформации, При последеформационной паузе, выходящей за заявляемые параметры (г), происходит разупрочнение, сопровождающееся ростом зерна аустенита и получением грубодисперсной структуры, резко снижается комплекс механических свойств, т.е. не достигается цель изобретения.

Коэффициенты 1,2 и 3 для а обеспечивают эти характеристики. Ускоренное охлаждение до температуры M + (10 — 40)ОС с выдержкой при этой температуре в горячем расплаве до распада аустенита способствует образованию в структуре исходной заготовки бейнитной структуры, способствующей повышению изгибной прочности сердцевины и снижению коробления за счет исключения повторного нагрева под закалку при достижении высокой поверхностной износостойкости, Дальнейшее охлаждение изделия до комнатной температуры даже при охлаждении на воздухе способствует образованию в поверхностной насыщенной зоне с содержанием С 0,9 — 1,1% структуры мартенсита и, соответственно, высокой поверхностной износостойкости.

Пример. Для осуществления способа изготовления изделий из среднеуглеродистых конструкционных сталей, а именно пластин цепей для транспортировки труб большего диаметра, берут заготовки размеромф40х120 мм из сталей 45, 40Х и 40ХНМ с содержанием С 0,39 — 0,44% и содержанием остальных элементов, соответствующих марочному составу. Заготовки нагревают в газовой цементационной печи до температуры цементации 920 - 930 С, выдерживают . до насыщения поверхности углеродом до

0,9 — 1,0% в течение 9 ч. После этого непосредственно с температуры насыщения заготовки переносят иа пресс и производят горячую пластическую деформацию штамповкой в три приема с регламентированной

Берут заготовки из стали 45 размером

40х120 мм, нагревают в цементационной печи до 920 — 930 С и выдерживают до получения С 0,8 — 1,2% в течение 9 ч. После этого производят штамповку с регулируемой междеформационной паузой 2 — Зс за три удара и общей степенью деформации

70 . Готовые отштампованные пластины после последнего удара пересаживают в соляную печь- ванну с температурой 660—

680 С и выдерживают в течение 25 — 30 мин.

Затем пересаживают в другую печь-ванну с температурой 800 — 820 С, выдерживают в течение 3,5 мин, закаливают в соленой воде и отпускают при температуре 200 — 21ÎОС в течение 1 ч. Твердость поверхности составляет 59 — 61 HRC, а сердцевины — 52 — 58

HRC.

Повышенная твердость серцевины объясняется малым сечением изделия (10 мм), которое полностью прокаливается в подсоленной воде. Следовательно, такая обработка повышает хрупкость серцевины, что приводит к снижению изгибной прочности, а повторный нагрев под закалку увеличивает коробление. Аналогично проводят обработку сталей 40Х и 40ХНМ.

В табл.1 приведен химический состав среднеуглеродистых конструкционных сталей, описанных в примере, Пример расчета последеформационных пауз этих сталей по формуле s = а + 0,5 х: междеформационной паузой 2 — 3 с. Общая степень деформации 75%. Готовые пластины имеют размеры 10х40х200 мм. После последнего удара производят ускоренное охлаждение пластин в расплаве солей по истечении последеформационной паузы, равной для стали 45 1 + 0,5(0,22+ 0,68 + 0,15+

+0,25)= 1,65 с; для стали 40Х вЂ” 2+

+ 0,5(0,26+ 0,74+ 0,90+ 0,17) = 3,4 с; для стали 40

XHM -3+ 0,5 (0,23+ 1,11+ 1,44+ 0,18) = 4,48 с, до

10 температур 370, 350 и 320 С с выдержками при этих температурах до распада аустенита в исходной внутренней зоне на бейнитную . структуру в течение.1 О с; 5 и 20 мин соответственно, а затем охлаждают на воздухе до

15 20 — 25ОС для получения в поверхностном науглероженном слое структуры мартенсиата и производят отпуск при 180 — 200 С.

После такой обработки твердость поверхности составляет 60 — 62 HRC, а серцевины—

20 42 — 50 HRC (в зависимости от марки стали).

Для сравнения готовят пластины из сталей 45, 40Х и 40ХНМ по способу термомеханической обработки металлических изделий, принятому в качестве прототипа

1680797

Таблица1

Таблица 2

Подученные результаты

Ном

Технологические параметры

0,5

Удельная нзносо» стойкость, мм/ч ° 10

Посл дефо цион пауз (т), трукт ердце

Температура изотермической выдеркки, С

Углероды"тая сталь 45

2,32

0,05

2310

ttí+ "О 360 S

2,0 2,00 г,о 2,0î

2,0 2,00

0,5

t,о

t,о з t,о

2,49

О,О7

2340 м„ + го - зго

Мм + 40 390

И„- 350

Мн+ 50 = 400

0,5

2,26

0,05

2290

0,5

2,39

0,70

1930

М + В г,о г,оо

2,0 2,00

0 5

4. 1,0

5 1,О

189О г,48

n,ãî

0,5

1820 1,20 г,40

Прототип

660 - 680.

Низколегированная сталь 408

2,О

4,0 4,00

2390 О, 03 2, 15

Мм + 10 .340 Б

0,5 сталь,45:

t 1+ 0 5 (QSI + Ми + $ Сг + $ Nl) - 1 +

+ 0,5 (0,22+ 0,68+ 0,15+ 0,25) = 1,65 с; сталь 40Х . т-2+05(QSI+ 6Мп + Cr + 7Си ) - 2+ 5

+0,5 (0,26+ 0,74+ 0,90+ 0,17) = 3,4 с; сталь 40ХНМ: .

m=3+0,5 (QSI+ фСг+ ф,М+ QMo) -3+

+0,5 (0,23+ 1,11+ 1,44+ 0,18) - 4,48 с.

При округлении полученных значений до целого числа в большую сторону получают паузы, не превышающие значений 2,4 и 6 с соответственно для каждой группы марок сталей. Следовательно, если даже учитывать химические элементы, присутствующие в сталях и необходимые для ведения процесса плавки металла, получают последеформационную паузу для всех групп сталей, не превышающую паузу, приведенную в заявляемом техническом реше- 20 нии. с Более упрощенно последеформационную паузу можно рассчитывать, учитывая только основные легирующие элементы, которые указаны в самой маркировке, т.е.: 25 сталь45: x=1+0,5 0=1 с; сталь 40X: т= 2+ 0 5 1= 2,5 с; сталь40ХНМ: 4= 3+0,5 (1+ 1+0,2) =4,1 с

Такой грубый расчет поэводляет ориентировочно рассчитывать длительность последеформационной паузы для определенной группы марок сталей.

В табл.2 приведены сведения об изделиях, обработанных предлагаемым и известным способом. 35

Результаты сравнительных испытаний показывают, что иэделия, обработанные предлагаемым способом, обладают более высокими служебными свойствами, повышенной прочностью на изгиб, минимальным короблением при сохранении высокой иэносостойкости поверхности.

Формула изобретения

Способ химико-термомеханической о6работки стал ь н ых изделий R реимущественно из среднеуглеродистых конструкционных сталей, включающий поверхностное насыщение углеродом, дробную деформацию с регламентируемыми междеформационными паузами и окончательную термообработку, о т л и ч а ю щ и йс я тем, что, с целью повышения прочности на изгиб и уменьшения коробления при сохранении высокой износостойкости поверхности, междеформационную паузу проводят в течение времени t, определяемого по следующему соотношению: т =а+0,5х, где а= 1,2,3 соогветственно для углеродистых, низколегированных и среднелегиро.ванных сталей; х- суммарное содержание основных легирующих элементов, а в качестве окончательной термообработки проводят охлаждение до температуры М,+(10 -40) С, выдержку в горячем расплаве до распада аустенита в ненасыщенной внутренней зоне на бейнитную структуру с последующей закалкой поверхностной насыщенной эоны на воздухе.

1680797

Продолжение табл.2

Номе

Технологические параметры

Полученные результаты

Структура сердцевины

Коэф

Коэф

0>5

Температура изотермической выдерккн, С

Коробленне, им

Мзгнбная прочность, П/имя

Удельная износостойкость, мм/ч 10

0,5

4,0 4,00

Ин + 20 350 Б

2410

2,11

2,18

4,00 Мн + 40 = 370 Б

4,0

0,5

2345

0,07

4,0

4 ° 00 Мн = 330

0,5

?1+ Б

2040

0,90

2,12

0,5

4 00 Мн + 50 = 380 Б

4,0

1970

0,70

2,23

Прототип

660 — 680

1970

1,00 м 2,!6

Среднелегированная сталь 40 Х?П!

0,5

6,0

6,00

М„+ 10 = 310

Мн + 20 = 320

2640

0,07

1,89

0,5

6,0

6,00

2690

0,03

1,91

0,5

6>0

6,00

Nì + 40 340 Б

2610

0,04

2,05

6,0

0,5

ye = 300

6,00

2420

t!+Б

1,00

2,08

2,!9

6,0

0 ° 5

6,00

Мн + 50 350 Ы

2190

0,80

660 — 680

2280

0,90

2,01 тип

П р и м е ч à í s е. И вЂ” мартенсит; Б — бейнит; М - начало мартенситного превранення. румер смй дре/уя

Составитель О. Жарикова

Техред М.Моргентал Корректор M. Кучерявая

Редактор М. Петрова

Заказ 3287 Тираж 547 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

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

Производств нно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул.Гагарина, 101

2 2,0

3 2,0

4 2,0

5 2,0

1 3,0

2 3,0

3 3,0

4 3,0

5 3,0

Протот

Последеформационная пауза, (т), с б 1 у йюус/г у ,б