Способ термической обработки конструкционных сталей

Изобретение относится к области металлургии, а более конкретно к термической обработке. Для повышения производительности обработки, а также твердости с пониженными закалочными напряжениями и деформациями сталь подвергают закалке на мартенсит в пульсирующем воздушном потоке, имеющем частоту до 2300 Гц и звуковое давление до 145 дБ, обеспечивающем скорость охлаждения выше критической скорости закалки, с последующим воздействием на нее пульсирующего дозвукового воздушного потока, имеющего частоту 1130-2100 Гц и звуковое давление 120-140 дБ при комнатной температуре, за одну операцию без перемещения обрабатываемого изделия. 1 з.п. ф-лы.

 

Заявляемое изобретение относится к области металлургии, а более конкретно к термической обработке, в частности к термической обработке конструкционных сталей.

При закалке сталей закалочная среда должна, прежде всего, обеспечивать высокую твердость. С другой стороны, режим охлаждения должен быть таким, чтобы исключить возникновение значительных закалочных напряжений, приводящих к деформации изделия и образованию закалочных трещин.

Существующие закалочные среды лишь в большей или меньшей степени соответствуют вышеприведенным требованиям, также не все они являются экономичными и экологичными.

Актуальной является задача по разработке экономичных и экологически чистых способов закалки, способных обеспечить сочетание высокой закалочной твердости с меньшими, чем при стандартной закалке закалочными напряжениями и деформациями.

Известен способ термической обработки, которому подвергают изделия или заготовки из двухфазных титановых сплавов (см. патент RU 2255137 C1, 27.06.2005 г. Бюл. №18). Образцы из сплава ВТ 14 в исходном состоянии, предварительно подвергнутые отжигу, закалке с температуры 850-880°С в воде или закалке и старению при температуре 480-500°С в течение 12 часов, нагревают до температуры 0,5-0,8 от температуры старения и после выдержки помещают в камеру газоструйного генератора звука, где они охлаждаются под действием нестационарного воздушного потока и акустического поля звукового диапазона частот с уровнем звукового давления 140-160 дБ в течение 4-5 минут. В результате данного способа обеспечивается повышение прочности до 1,3 раза без снижения пластичности.

Основным недостатком способа является закалка в таком интенсивном охладителе, как вода, создающем значительный градиент температур по объему изделия, что приводит к поводке, а также необходимость дополнительной технологической операции нагрева, делающей термическую обработку сложной и дорогостоящей.

Наиболее близким по технической сущности к заявляемому изобретению является способ термической обработки конструкционных сталей на высокопрочное состояние (см. патент RU 2506320 C1, 10.02.2014 г. Бюл. №4), принятый в качестве ближайшего аналога.

Конструкционные стали подвергают стандартной для сталей данных марок закалке на мартенсит с последующим воздействием на них пульсирующего дозвукового воздушного потока, имеющего частоту 1130-2100 Гц и звуковое давление 120-140 дБ при комнатной температуре.

Основным недостатком данного известного способа является разделение операций закалки и обработки пульсирующим воздушным потоком, снижающее производительность, а также использование стандартных закалочных сред, не обеспечивающих получение высокой твердости без сопутствующих закалочных напряжений и деформаций.

Перед заявляемым изобретением поставлена задача повысить производительность путем объединения закалки и обработки пульсирующим воздушным потоком, при сочетании высокой закалочной твердости с меньшими, чем при стандартной закалке, закалочными напряжениями и деформациями.

Решение поставленной задачи достигается тем, что конструкционные стали подвергают закалке на мартенсит в пульсирующем воздушном потоке, имеющем частоту до 2300 Гц и звуковое давление до 145 дБ, обеспечивающем скорость охлаждения выше критической скорости закалки с последующим воздействием на них пульсирующего дозвукового воздушного потока, имеющего частоту 1130-2100 Гц и звуковое давление 120-140 дБ при комнатной температуре, за одну операцию без перемещения обрабатываемого изделия.

Таким образом, изобретение позволило получить технический результат, а именно повысить производительность путем объединения закалки и обработки пульсирующим воздушным потоком, при сочетании высокой закалочной твердости с меньшими, чем при стандартной закалке, закалочными напряжениями и деформациями.

Заявляемое изобретение реализуется следующим образом: конструкционные стали подвергают закалке на мартенсит в пульсирующем воздушном потоке, имеющем частоту до 2300 Гц и звуковое давление до 145 дБ, обеспечивающем скорость охлаждения выше критической скорости закалки и сглаживание за счет пульсаций пиков закалочных напряжений, уменьшая, тем самым, деформацию при закалке, а также с последующим воздействием на них в течение 10-15 минут пульсирующего дозвукового воздушного потока, имеющего частоту 1130-2100 Гц и звуковое давление 120-140 дБ, при комнатной температуре, оказывающего комплексное влияние на метастабильную структуру мартенсита закаленной стали и способствующее протеканию в ней процессов, аналогичных превращениям при низком отпуске, вызывая при этом более значительное, чем при низком отпуске, снижение остаточных напряжений. При этом закалка и последующее воздействие на закаленную сталь пульсирующего воздушного потока осуществляется за одну операцию без перемещения обрабатываемого изделия.

Импульсное воздействие воздушного потока в процессе мартенситного превращения аустенита увеличивает количество центров образования новой фазы, повышая дисперсность мартенсита.

Увеличение дисперсности мартенсита в результате закалки в пульсирующем воздушном потоке обеспечивает стали более высокую твердость в сравнении с закалкой в стандартных средах при той же скорости закалочного охлаждения. Повышение дисперсности мартенсита способствует увеличению дисперсности продуктов его распада, инициированного последующим воздействием пульсирующего дозвукового воздушного потока, результатом которого также является рост подвижности дислокаций в сталях, а также релаксация остаточных микронапряжений, что обеспечивает рост ударной вязкости и пластичности без снижения прочности.

Таким образом, изобретение позволило получить технический результат, а именно повысить производительность путем объединения закалки и обработки пульсирующим воздушным потоком, при сочетании высокой закалочной твердости с меньшими, чем при стандартной закалке, закалочными напряжениями и деформациями.

1. Способ термической обработки конструкционных сталей, включающий закалку стали на мартенсит, последующее воздействие на неё пульсирующего дозвукового воздушного потока, имеющего частоту 1130-2100 Гц и звуковое давление 120-140 дБ при комнатной температуре, отличающийся тем, что закалку на мартенсит осуществляют в пульсирующем воздушном потоке, имеющем частоту до 2300 Гц и звуковое давление до 145 дБ со скоростью охлаждения выше критической скорости закалки.

2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что закалку с последующим воздействием пульсирующего дозвукового воздушного потока осуществляют без перемещения обрабатываемого изделия.