Способ обработки высокоуглеродистых сплавов

 

Использование: производство прокатных валков и роликовой валковой арматуры. Сущность изобретения; заготовки из чугуна или заэвтектоидной стали термоциклируют относительно точки магнитного превращения цементита с интервалом ± ()°С п раз, n k/5, где k - количество цементита в структуре сплава, %, нагревают до температур аустенизации и подвергают пластической деформации. 1 табл.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ сОциАлистичг-ских

РЕСПУБЛИК (я) С 21 0 5/00

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР!

< АВТОРСкауу СвидетельтВу (21) 4856361/02 (22) 06.08,90 (46) 0709 92 Бюл ¹ 33 (») Украинский научно-исследовательский институт металлов и Челябинский металлургический комбинат (72) И.А, Белоглазова, Р.О. Максутов, В,В, Коробейник, Л.А. Малашенко. Л.П, Косик, В.П, Приходько, Н.Я. Денисенко, В,Г. Корытько, В.А, Рямов и В.И. Комляков (56) Авторское свидетельство СССР

¹ 619526, кл. С 21 D 5/04, 1978.

Изобретение относится к черной металлургии и может быть использовано при обработке изделий из высокоуглеродистых материалов, например прокатных валков и роликовой валковой арматуры, а также в машиностроении, Известен способ производства прокатных валков из белого чугуна (см. авт. св, ¹ 1139760, кл. С 21 0 9/38, С 21 В 6/04, 1985, Б.И. ¹ 6), включающий получение литой заготовки электрошлаковым переплавом, отжиг при 1050-1 00 С в течение 20 ч, горячую деформацию осадкой и протяжкой и окончательную термическую обработку, Недостатком способа является сложность технологии изготовления, ее высокая стоимость в связи с применением электрошлакового переплава, длительного высокотемпературного отжига и комбинированного способа пластической деформации. Кроме того, данный технологический процесс неприменим для металла, полученного обычным методом выплавки — без применения рафинирующих переплавов,,RJ;, 1759965 А1 (54) СПОСОБ ОБРАБОТКИ ВЫСОКОУГЛЕРОДИСТЫХ СПЛАВОВ (57) Использование: производство прокатных валков и роликовой валковой арматуры.

Сущность изобретения: заготовки из чугуна или заэвтектоидной стали термоциклируют относительно точки магнитного превращения цементита с интервалом ч-(30 — 50) С п раз, и = k/5, где k — количество цементита в структуре сплава, 4, нагревают до температур аустенизации и подвергают пластической деформации. 1 табл.

Известен также способ получения высокопрочной низколегированной стали (пат, 4129461 США, кл, С 21 0 7/00), имеющий повышенную деформируемость, предусматривающий нагрев до темпера гуры не ниже эвтектоидной, выдержку, обеспечивающую частичную гомогенизацию структуры, охлаждение до комнатной температуры с целью повышения деформируемости. Последующая пластическая деформация стали приводит к повышению предела текучести, Недоста-.ком этого способа является то, что он не может обеспечить повышение технологической пластичности высокоуг зродистых материалов, т. к. образующаяся после охлаждения карбидная фаза в виде игл и/или сетки по границам зерен, и крупных включений охрупчивает материал и приводит к сго разрушению в -.iðoöåàcå последующей деформации.

Наиболее близким по т ехнической сущHocTN K предлагRE!MuMуявляе с выбранReiA в качестве прототипа способ обработки белого чугуна (см, авт, =:â. № 619526 СССР, 1759905

20

55 кл, С 21 D5/04, .1/36, .1/14, .1978,,Б.И. М 30), включающий нагрев до температуры на 40F0 С ниже линии солидус, подступ ивание до температуры деформации и деформацик„с целью повышения технологической пластичности, операции аустенитизации и подстуживания производят многократно, К недостаткам прототипа относится то, что для повышения технологической пластичности белого чугуна перед деформа- цлей его термоциклирсвэние осуществляют при высоких температурах, которые требуют значительных затрат зремени и энергии на его проведение, Кроме того, высокотемпературное циклирование в существующих печах, работающих на газовом и мазутном топливе, практически невозможно, т. к. в этом случае не могут быть обеспечены узкие интервалы циклирования 20 — 40 С. Вместе с тем при высокотемпературных нагревах повышается склонность к образованию грубозернистой структуры, характеризующейся пониженнол ударной вязкостью, что и проявляется в уменьшении пластичности, Целью изобретения является повышение технологической пластичности и механических свойств высокоуглеродистых материалов.

Для этого в способе обработки высокоуглеродистых материалов, включающем нагрев до температуры деформации с применением термоциклирования, термоциклирование при нагреве осуществляют относительно точки магнитного превращения цементита (Ао) с интервалом температурных колебаний + (30-50) С, при этом количество циклов определяется по зависимости n = — где k — количество избыточного

5 цементита в структуре обрабатываемого материала. Если количество циклов равно дробному числу, то его округляют до целого, При нагреве под деформацию термоциклирование относительно точки магнитного превращения цементита с интервалом температурных колебаний (30 50) С и числом циклов (и), определяемым количеством избыточной карбидной фазы (К) в структуре, способствует накоплению в ней дефектов. Одновременно структурные составляющие сплава, обладая различными теплопроводностью, теплоемкостью и прочностными свойствами, претерпевают внутреннее микропластическое деформирование. Эта микродеформация вызывает увеличение плотности дислокаций, полос скольжения и других микродефектов, что приводит к возникновению в структуре высокого уровня микронапряжений I I рода.

Кроме того, на поверхности раздела матрица — цементит замыкаются многочисленные границы и субграницы со стороны обеих фаз и межфазная граница теряет устойчивость.

Таким образом, увеличение дефектности и потеря устойчивости структуры приводят к тому, что в процессе последующего нагрева дислокации выстраиваются в цепочки и ряды, образуя сетку, при этом плотность дислокаций на субграницах возрастает, суммарная энергия образования границ уменьшается.

Все это подготавливает структуру для последующей пластической деформации, при этом процесс дробления карбидной фазы происходит без разрушения путем скольжения по субзеренным границам, что улучшает технологическую пластичность и повышает уровень механических свойств.

Выбор граничных параметров обусловлен тем, что термоциклирование относительно точки магнитного превращения с интервалом температурных колебаний менее +.30 С не обеспечивает увеличения плотности дислокаций и дробление карбидной фазы без разрушения, что ухудшает тех.нологическую пластичность и снижает уровень механических свойств. Изменение интервала температурных колебаний более

+50 С не приводит к повышению технологической пластичности, измельчению карбидов и увеличению уровня механических свойств, кроме того увеличивается время обработки и снижается производительность применяемого оборудования.

Количество циклов при термоциклироk вании менее и = — недостаточно подготав5 ливает . структуру к последующей пластической деформации из-зэ отсутствия дислокацион ной структуры, способствующей дроблению без разрушения, что обуславливает ухудшение технологической пластичности материала. При количестве

k циклов более и = — увеличение количества

5 дефектов при термоциклировании приводит к появлению пор и трещин на карбидной фазе, что способствует при последующей деформации появлению трещин в металле, ухудшению технологической пластичности и снижению уровня механических свойств.

По имеющимся у заявителя данным, в известных решениях отсутствуют признаки, сходные с отличительными признаками заявляемого технического решения, что позволяет сделать вывод î его соответствии критерию "существенные отличия".

1759905

По данному способу обработки высокоуглеродистых материалов целесообразной является следующая последовательность действий: нагрев заготовок из зазвтектовидной стали и белого чугуна до температуры магнитного превращения цементита, термоциклирование относительно точки магнитного превращения цементита (Ао) с интервалом температурных колебаний

«: (30 — 50) С, при этом количество циклов

k составляет n = —, где k — количество

5 избыточного цементита в структуре обрабатываемого материала. После этого проводят окончательный нагрев до температуры деформации 1100 — 1125 С и последующую пластическую деформацию.

Проверку эффективности заявляемого способа проводили на заготовках белого чугуна, имеющего следующий химический состав, %:

Углерод 2,39 — 2,47

Кремний 0,15 — 0,30

Марганец 0,51 — 0,62

Фосфор 0,030 — 0,032

Сера 0,025 — 0,031

Хром 1,0 — 2,0

Никель 0,31 — 0,35

Молибден 0,29 — 0,34

Церий 0,2 — 0,25

Кальций 0,05

Железо Остальное

Количество карбидной фазы 35 /, Заготовки подвергали обработке по следующему режиму: нагрев осуществляли со скоростью 70 — 100 С/ч до температуры магнитного превращения цементита 160 С, затем проводили термоциклирование (7 циклов) с интервалом температурных колебаний (30 — 50) С, последующий нагрев до температуры пластической деформации

1100 — 1125 С и деформацию (ковку).

Для сравнительного анализа свойств материала одну партию образцов исследовали после обработки по заявляемому способу, вторую — после обработки по способу прототипа.

По прототипу нагрев осуществляли до

1150 С, выдерживали в печи 0,5 ч, охлаждали с печью до 1125 С, выдерживали в печи

0,5 ч, цикл обработки повторялся 3 раза, после чего проводили ковку.

Заготовки из белого чугуна по предлагаемому способу нагревали до температуры деформации 1125 С с применением термоциклирования относительно точки магнитного превращения 160 С с интервалом температурных колебаний «(30 — 50) С и ко5

55 личеством циклов, равном 7, после этого проводили ковку.

Примеры на граничные и оптимальные значения заявляемых параметров способа и механические характеристики материала, обработанного по предлагаемому и известному способам, представлены в таблице.

Приведенные в таблице результа ы подтверждаются актом испытания.

Механические свойства (временное сопротивление разрыву о>, преде.- прочности при изгибе cr<, ударную вязкость КС деформированных высокоуглеродистых материалов определяли по стандартным методикэм.

Технологическую пластичность оценивали по ударной вязкости, размеру избыточных карбидов (M.ß, Дзугутов. Пластическая деформация высоколегированных сталей и сплавов — M., Металлургия — 1977 г., с. 9, 40 — 42).

Как видно из таблицы, лучшие результаты получены при обработке чугуна по предлагаемому способу (варианты 2, 3 и 5). При этом достигаются следующие свойства; сг, =

= 980-1030 МПа, о = 1245-1325 МПа, КС =

= 14,5 — 15,0 Дж/см . Размер карбидов -30—

45 мкм, качество поковок — удовлетворительное.

Выход за граничные параметры (термоциклирование относительно точки Ао) с изменением температуры «- 50 С и количеством циклов, отличным от 7 (варианты 4 и

6), приводит к снижению уровня механических свойств (о до 900-930 МПа, о до 950—

1115 МПа, КС вЂ” до 12,5 Дж/см ).

Термоциклирование относительно точки Ао с изменением температуры менее «-30 С и количеством циклов п 7 (вариант 1) не приводит к повышению уровня механических свойств (ов 870 Mila, %; 930 МПа, КС

12,5 Дж/см ), что связано с наличием довольно крупных включений карбидной фазы размером 60 — 70 мкм, на которых появились трещины при последующей деформации, что снижает технологическую пластичность и воэможность увеличения степени укова без разрушения. Термоциклирование с интервалом температурных колебаний более «-50 С (вариант 7) также не приводит к росту уровня механич ких свойств (а = 890 МПа, oÚ = 980 МПа КС г.

11,0 Дж/см ), повышению технологической пластичности, так как избыточные карбиды сохраняют склонность к разрушению при последующей пластической деформации.

По способу-прототипу (вариант 8) уровень свойств чугун" -начительна ниже по сравнению с заявляемым (оЪ = 825 МПа, 1759905

Характеристика свойств материала в зависимости от способа обработки

1!еханические свойства

Номер

Изменение температуры при термоцикл. относительно Ао

Количество

Степень укова

Размер карбидов после деформации, нкм

Качество поковок варианта б,Ила циклов в

КС,Дж/см2

930 2,5 60-70

?25

870

7 3

Единичные трещины на карбидах

1245 14,5

980

35-45

Удовлетворит. 40

30-40

50-70

1000

1300 15,0

1115 12,5

То же

«50

930

Трещины на ка рбидах, 1030

30-40

1325

15,0

Удовлетворит.

900

50-60

50" 70

70-80

12,5

Трещины на карбидах

7 +55

825

980

11,0

10,0

То же

8 (прототип) Поперечные трещины

П р и н е ч а н и е. В таблице приведены средние значения из 3-10 определений.

Разброс значений не превышает 3-83.

Составитель Т.Бердышевская

Редактор M,Ñòðåëüíèêîâà Техред M.Моргентал Корректор Н,Кешеля

Заказ 3157 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

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

Производственно-издательский комбинат "Патент", r Ужгород, ул.Га"àðèíà,,101

0 = 915 МПа, КС 10,0 Дж/см ) иэ-за присутствия крупных включений карбидной фазы ("0 — 80 мкм). Согласно данным прова енных испытаний, заявляемое изобретение по сравнению с прототипом обладает следующими преимуществами: размер карбидной фазы, явля!ощийся характеристикой технологической пластичности, уменьшился в 1,5 — 2 раза эа счет ргс: щепления по плоскостям скольжения без разрушения; временное сопротивление разрыву возросло в 1,2 раза, предел прочности при изгибе — в 1,4 раза, ударн-я вязкость в 1,5 раза, Осуществление заявляемого изобретения не окажет отрицательного воздействия на состояние окружающей среды.

Заявляемый способ обработки изделий из высокоуглеродистых материалов, например валков и валковой арматуры, представляет значительный интерес для народного хозяйства, т. к. обеспечивает более высокий уровень показателей качества, сокращает расход топливно-энергетических ресурсов при нагреве заготовок, уменьшает количест5 во брака при обработке, обеспечивает снижение расхода валков и валковой арматуры в 3 раза повышает производительность прокатных станов на 0,1-0,2%.

Формула изобретения

10 Способ обработки высокоуглеродистых сплавов, включающий термоциклирование в заданном интервале температур и горячую пластическую деформацию, о т л и ч а юшийся тем, что, с целью повышения

15 технологической пластичности и механических свойств, термоциклирование осуществляют относительно точки магнитного превращения цементита с интервалом температурных колебаний (30 — 50) С, при

20 этом количество циклов n == k/5, где k— количество цементита в структуре сплава, %,