Способ термоциклической обработки изделия

 

Использование: термическая обработка изделий, работающих в условиях циклического нагружения. например, опорных валков и другого оборудования тяжелого машиностроения. Сущность изобретения: проводят термоциклирование с индукционным нагревом изделия выше Асз и охлаждением выше Мн с записью температурной кривой. При отклонении температурной кривой от линейности увеличивают скорость охлаждения. 1 з.п. ф-лы, 1 табл., 1 ил.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (5))5 С 21 D 11/ОО, 1/78

ГОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНОЕ

ВЕДОМСТВО СССР (IOCllATEHT CCCP) 1

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

-.т;; ж-, А»

К ПАТЕНТУ

1 (21) 4824092/02 (22) 04.04.90 . (46) 15.12.92, Бюл. N 46 (71) Липецкий политехнический институт (72) В.В,Ветер, М.И.Самойлов, Л.И,Гвоздева и И.С.Сарычев (73) В.В.Ветер (56) Авторское свидетельство СССР . . (ч. 969753. кл, С 21 0 1/10, 1980. (54) СПОСОБ ТЕРМОЦИКЛИЧЕСКОЙ 06РАБОТКИ ИЗДЕЛИЙ

Изобретение относится к термической обработке иэделий, работающих s условиях циклического нагружения, а более конкретно опорных валков и другого оборудования тяжелого машиностроения из сталей с существованием перлитной области распада аустенита, таких как 9ХФ, 40ХН и др.

Изобретение может быть использовано для повышения надежности изделий, типа опорных валков, работающих в условиях ударных нагрузок.

Известен способ управления термической обработкой в зависимости от величины электрического сопротивления. Повышение качества закалки достигают изменяя скорость охлаждения в зависимости oi величины электрического сопротивления, при этом момент появления троостита определяют. по изменению знака первой производной изделия во времени.

Недостаток способа состоит в том, что изменение электросопротивления зависит не только от типа возникающих при охлаждении структур, но и при отклонении структуры сплава в сторону изменения дисперсности. химического состава образу!

Ж 1782246 А3

2 (57) Использование; термическая обработка изделий, работающих в условиях циклического нагружения. например, опорных валков и другого оборудования тяжелого машиностроения. Сущность изобретения: проводят термоциклирование с индукционным нагревом изделия выше Асз и охлаждением выше М, сзаписьютемпературной кривой. При отклонении температурной кривой от линейности увеличивают скорость охлаждения. 1 з.п. ф-лы, 1 табл., 1 ил.

1 ющихся фаз. При таких видах термической, Я обработки как термоциклирование, изменя-, ется размер зерна от цикла к циклу, возможно изменение и состава выделяющихся фаз из-за. изменения состава аустенита, вследствие увеличения степени его легиро-, =„ ванности при растворении карбидов. Поэтому данные по электросопротивлению не могут надежно контролировать протекание

) - a превращения.

Наиболее близким к предлагаемому . QQ способу является способ термической обработки изделий, по которому изделие после индукционного. нагрева до .температуры 1й, аустенизации подвергается импульсному охлаждению, нагрев и охлаждение проводят циклически, при этом нагрев осуществляют в интервале Ace-Aci с постепенно снижающейся температурой, температура (др нагрева каждого последующего цикла опре- деляется из формулы

Асз — Ac>

h . -":Т вЂ” — Асз — — (i — 1) где n — число циклов;

i — порядковый номер цикла, 3

1782246 а импульсное охлаждение проводят до достижения температуры в центре изделия в интервале Мп +175 C. Число циклов нагрева и количество импульсов охлаждения между циклами не менее трех.

Недостатками известного способа являются невозможность при импульсном охлаждении получать в массивных иэделиях, например, в прокатных валках, однородную структуру сорбита, а тем более троостита по всему сечению нагретого слоя, так как неизбежно возникает и перлит; сортамент изделий, для которых известный способ обработки эффективен, ограничен преимущественно трубами и подобными им изделиями; нагрев в интервале Асз-Ас1 не гарантирует полное отсутствие феррита в структуре, в то время как феррит снижает прочность тяжелонагруженных изделий.

Цель изобретения — получение высокой прочности и ударной вязкости рабочего слоя тяжелонагруженных изделий путем предотвращения образования перлита.

Для достижения поставленной цели согласно способу регулирования структуры превращения в стали, включающему индукционный нагрев выше Асз и охлаждение, сжатым воздухом до температуры выше Мн по всей толщине нагретого слоя. нагрев и охлаждение ведут циклически, число термоциклов 3-6, скорость охлаждения между циклами подбирают так, чтобы при охлаждении изделия ход кривых зависимости температуры от времени охлаждения был плавный в перлитной области, при такой скорости охлаждения не выделяется феррит в доэвтектоидных: стаях и не образуется перлйт, аустенит переохлаждается в троостобейнитную область.

Нагрев выше Асз гарантирует полноту а — у превращения, более полное растворение избыточных фаз, вследствие чего аустенит становится более устойчивым, что, способствует получению дисперсных структур (троосто-бейнит) по всей толщине нагретого слоя, в конечном итоге обеспечивает измельчение зерна до 11-12 номера и как следствие высокие значения твердости (прочности), ударной вязкости, Так как при термоциклической обработке зерно измельчается от цикла к циклу. а мелкое зерно ускоряет у а превращение, то скорость охлаждения, при которой аустенит переохлаждается в троосто-бейнитную область в первом цикле меньше, чем во,втором и т.д., поэтому в каждом термоцикле необходимо контролировать и при необходимости увеличивать скорость охлаждения для предотвращения образования перлита, что

15 обеспечивает эффективность термоциклической обработки и высокие механические свойства. .Пример 1. Исследование проводили на цилиндрических образцах диаметром 30 мм, длиной 70 мм из стали 9ХФ, В образцы зачеканивали хромель-алюминиевые термопары в центре зоны нагрева и у торцов.

Холодные концы термопар соединили с самопишущим устройством типа КСП-4 для записи кривых охлаждения, Образцы подвергали термоциклической обработке, число циклов нагрев — охлаждение 6, температура нагрева 1000 С, нагрев токами высокой частоты 18000 Гц на промышленной установке; охлаждение при термоциклировании до 470 С спрейерное, сжатым воздухом из заводской магистрали, в конце последнего цикла охлаждение до комнат20 ной температуры, Цель термообработки— получение троосто-бейнитной структуры, наличие в структуре перлита ухудшает качество термообработки. При скорости охлаждения Ч =4 /с на кривой охлаждения А

25 чертежа наблюдается подъем температуры в перлитной области. Это объясняется тем, что превращение аустенита (у) в перлит (П) идет с выделением тепла и температура по-: этому повышается, Чем больше аустенита

30 превратится в перлит, тем больше эффект повышения температуры. При охлаждении со скоростью Ч2=7 /с на кривой охлаждения

Б чертежа появляется площадка в перлитной области и перегиб в интервале темпера35 тур превращения аустенита в троосто-бейнит (Т+Б). При этой скорости охлаждения аустенит только частично превращается в перлит, чем соответствует площадка на кривой охлаждения в перлит40 ной области, а из непревращенного аустенита при дальнейшем охлаждении образуется троостит и бейнит, это проявляется на кривой охлаждения в виде перегиба.

При скорости охлаждения Чз=9 /с перлит45 ное превращение полностью подавляется, поэтому в интервале температур перлитного превращения ход кривой охлаждения плавный, кривая В чертежа в интервале температур 500-450 С на кривой охлаждения

50 перегиб, что соответствует превращению аустенита в троосто-бейнит . При Ч4>Н1 кривая охлаждения имеет монотонный характер из-за отсутствия превращений, кривая Г чертежа V>. Vz, Чз, V4-скорости охлаждения

55 стали в области фазовых превращений. В таблице приведены значения твердости, прочности и ударной вязкости после обработки по указанному способу. Число замеров твердости на каждом образце не менее

1782246

15, прочность и ударная вязкость — среднее значение из 3-х измерений.

Пример 2. Термоциклической обработке подвергали валы шестерни иэ стали

40Х, длина вала 150 мм, диаметр.50 мм, 5

Температура нагрева 860-880 С токами высокой частоты (1г8000 Гц) на промышленной установке, зона нагрева 150 мм. Между нагревами валы охлаждали до 400 С при помощи спрейера сжатым воздухом иэ 10 заводской магистрали в конце последнего цикла охлаждение до комнатной температуры. Число циклов нагрев — охлаждение 6.

Для записи коивых охлаждения в валы зачеканивали хромель-алюмелевые термопары, 15 холодные конца которых соединяли с самопишущим устройством типа КСП-4. Скорости охл а жде н ия составляли Vi=1 /с, Vz=3 /с, Нз=5 /с. При V кривая охлаждения имела вид кривой А чертежа, при Н2- кривая 20

Б чертежа, при Нз — кривая В чертежа. В таблице приведены результаты измерения твердости по шкале HRC и микроструктура после обработки укаэанным способом. Число замеров твердости на каждом изделии не 25 менее 15, Из таблицы видно, что с увеличением скорости охлаждения увеличиваются значения твердости и уменьшается разброс зна- 30 чений твердости. Увеличение твердости указывает на образование более дисперсных структур, а уменьшение разброса зна-. чений твердости свидетельствует об . образовании однородной структуры: у стали 35

9ХФ при охлаждении со скоростью Нэ=9 /с в структуре бейнит+ троостит, у стали 40Х при охлаждении со скоростью Нз=5 /с бейнитная структура, 40

Способ управления качеством термообработки осуществляется следующим образом.

Определение момента образования перлита по кривым охлаждения служит показателем качества термической обработки.

Этот момент определяют по возрастанию температуры на кривых охлаждения в области температур превращения y fl . Охлаждение проводят со скоростью, при которой ход кривой охлажденйя в перлит-.. ной области плавный, в троосто-бейнитной на кривой охлаждения — перегиб. При возрастании температуры в перлитной области увеличивают скорость охлаждения (увеличивают расход охлаждающей среды) до появления перегиба в троосто-бейнитной области. При плавном ходе кривой охлаждения в перлитной области и наличии перегиба в бейнитной или троосто-бейнитной области температур скорость охлаждения остается неизменной.

Использование предлагаемого способа позволит достичь высокую прочность и ударную вязкость, что приведет к увеличению ресурса работы прокатных валков.

Формула изобретения

1. Способ термоциклической обработки изделий, включающий многократный индукционный нагрев и охлаждение выше Мн с записью температурной кривой охлаждения, отличающийся тем, что, с целью обеспечения высокой прочности и ударной вязкости, нагрев осуществляют выше Асэ, а охлаждение после каждого нагрева ведут непрерывно сжатым воздухом, .2. Способ по и. 1, о тл и ч а ю щи и с я тем, что при отклонении температурной кривой охлаждения от линейности скорость охлаждения увеличивают, I

1782246

1 о с 1Е ИГ) о х ау и

I Е CO

1 СК 3()Л ВС

) о в

Э

X у ие эх

Ъ 0а

X е е х в

Э 1»

x: v

I

1

1

1 — — Г

1 Е

1 ЪЕ

) а

3) Q

О ОО О О О

ОЧЪ лсчсо

СО СО СО ОЪ Сп ооь со ао

Гч ма

1

I х

СЪ а ! х !

I Ъ1

+

С 1

)+

С СЪ а

I3 а

C D

1 — — !

))О СО И

1-I+-+e 3

О o o I- 4

++++ (1 1

I О I х

ОЪ 1

j о

М

° anсО сО Q сч

СЧ ГЧ мм Ф <

1 1 1 I 1

СО Î а а СО о

- СЧ Сч ГЧ М.С.

1 о о

СЧ ГЧ! Ю 1 .I

Х СО СО

ОЪ

r о сч сч м

Г 1

Оъ а

ГЧ

О:1 з м.Ф

1 1

СО ОЪ

ГЧ сч

СЧ СЧ

-Ъ

1 I (ho ã сч а о со

P r»»Г

1 I

1 Ю I

i x

I 0Ъ 1 ЧЪ ЧЪ ЧЪ VO ЧЪ О О ЧЪ О

I 1

1 1

1 I

i x

О I

I р о v

Л в о

)СЪ сч мw л о

1

1 «3.

i x

a x

1 Р У

I. Y Э ! съ с

1 0Ъ

1 х о

1 I ! I ! 1

I х 1 СЪ Г О

-Ф 1

I 1 !

1 I

I Ю СЪ

i x Г

1 сп I -Ъ.

ОООООО

ОООООО

=С СЧ т -Г -Ъ.

CLe

ЪГ

I- Ik е х а*

Э Э с ст

1 X 3)

1 I-

1

Э а

1 X

I .О

1- и и 3,:О о

1 У Е

1 Г.Ъ CO

ОООООООО

ЛЛЛГ ЛЛЛЛ -.с-т-с - -с -т х

Q l

Гй а

1

1 I ! в х

)ОЪ а аааааа аааааа! I

Э I а

l l

lO 1

X х е i o

CL I

Ъъ 1

Г- D

IUO а

Э IO .I

C в I

1 &

e i x

I- l 0a

C с

1

l СЪ

l CO

l C0

1

1

1 о

СЪ о

О О О О О О

СО CO CXI CO ЪЪ СО

О0 СО OO СО OO ОЪ.

OQOOQOOQ

ОООООООО

OOQOOOOO!

1 Г ч м an c0 01

ОЪ ЧЪ а О о Л а О

СЧ N СЧ CV х о

I -Ф 1 ОЧЪЧЪЧЪЧЪЧЪЧЪ

1 I

I ° СЧ 0 ГЛКЪ Г ОЪ

Э э а

X C

I И Э

Э Х т

X lO

X l

Oi X х с ! Э CL

X e

Э

X Э

1 )3 X

1 Ъ1Е

1 С3)

1 э а с э

1 V IX о

X O

1 Е М

1 CO

1 Есч

r о I C.

),О Е

Ю

1 В CO о е у )о з о

I =Г

1 Ol о

1 IO °

I- cc

I e5

I 2 N

I С 4 о

1 YC0 ю

1 Е

C .С °

X i- a

)- v)оои

)- у о рву

I CL СС В

C 1O IC

1 1О ! Ъ IC э еа cL ас»е ! Ъь I». о с ° е с ъ, )хъу

n !O о з

XIX

1 СОЪ ! )-xс

u I- x

v в

) О О

1 X X

z u

3)ОЪ

a cL ac)

CO C O

I e ас о.

I 8й

1 Э

1 Э

1 3 COO

1 Х

1 X " I е ем

l I» и

Г,З 1- О

ouLo !

I Э.

I X ! х

1 Е

1 Ъ

Э

Г

z l

l X

I ! CL

l с: 1782246

7 IGGG

900

800

700

200. I0O I5O

Т

I000

I00 ПЮ

900

800.

600

600

500

SC IOG Z50

50 IOC П0

Корректор С.Пекарь

Редактор

Заказ 4288 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

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

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

Т,с

I000

200 С у-у

I000 (Составитель В,Ветер

Техред M.Ìîðråíòàë