Способ упрочняющей обработки мартенситно-стареющей стали

Авторы патента:

C21D8/00 - Изменение физических свойств путем деформации в сочетании или с последующей термообработкой (закалка кованых или прокатанных изделий без дополнительного нагрева C21D 1/02)

C21D6/00 - Термообработка сплавов на основе железа

B24B39/00 - Станки или устройства, в том числе вспомогательные, для обкатки с целью уплотнения поверхностного слоя (изменение физических свойств или структуры металла путем обкатки C21D 7/08, C22F 1/00)

Владельцы патента RU 2740294:

федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Нижегородский государственный технический университет им. Р.Е. Алексеева" (НГТУ) (RU)

Предложенное изобретение относится к способу упрочняющей обработки деталей или изделий из мартенситно-стареющей стали 03Н18К9М5Т. Осуществляют закалку деталей или изделий при температуре 1200±10°C, после которой проводят выдержку в течение 1 часа, охлаждение в воде, трехкратную закалку при температуре 930±10°C с выдержкой по 1 часу, охлаждение в воде, закалку при температуре 770-830°C, выдержку в течение 1 часа, охлаждение в воде, ультразвуковую обработку. Затем осуществляют старение при температуре 530±10°C, выдержку в течение 3,5 часа и вакуумирование. Ультразвуковую обработку осуществляют с силой статического прижима, равной 100 Н, скоростью подачи 200 мм/мин, частотой колебаний 22 кГц и амплитудой колебаний 15 мкм. В результате повышается твердость и износостойкость стали 03Н18К9М5Т. 1 ил.

Заявляемое изобретение упрочняющей обработки металлических деталей относится к области машиностроения, в частности к пластической деформации поверхности с помощью ультразвуковых колебаний и последующей термической обработки и может быть использовано для упрочняющей обработки деталей, в частности деталей из мартенситно-стареющей стали 03Н18К9М5Т. Способ может быть реализован в машиностроении и технологиях, обеспечивающих повышение твердости износостойкости поверхностей за счет изменения структуры поверхностных слоев этих изделий.

Известен способ термомеханической обработки деталей из мартенситно - стареющих сталей [Патент РФ 2391413 МКИ C21D 6/00. Опубликован 10.06.2010] при котором осуществляют холодную пластическую деформацию до 40-60% и последующее старение.

Известен способ термомеханчиеской обработки деталей из мартенситно - стареющих сталей [Патент РФ 2031145 МПК C21D6/00. Опубликован 20.03.1995] при котором осуществляют закалку, холодную пластическую деформацию и последующее старение. Этот способ выбран за прототип.

Недостатком вышеперечисленных способов упрочняющей обработки является небольшая степень деформации поверхности, что не обеспечивает получение упрочненного слоя с максимально возможным для обрабатываемого материала уровнем твердости и, как следствие, высокой износостойкости.

Известно также устройство [патент РФ 2124430 C1. МПК B24B 39/00, Опубликован 10.06.2010], предназначенное для упрочнения поверхности деталей, в частности, поверхностно-пластическим деформированием использующим энергию ультразвуковых колебаний. Оно включает магнитострикционный преобразователь, преобразующий электрическую энергию в энергию упругих волн. Устройство работает следующим образом: для осуществления упрочняюще-чистовой обработки поверхностей магнитострикционный преобразователь необходимо поджать устройство к обрабатываемой детали. Подаваемое на обмотку магнитострикционного преобразователя напряжение вызывает в нем колебания ультразвуковой частоты, передаваемые на обрабатываемую поверхность.

За один проход заявляемое устройство на 10-140% повышает прочность материала обрабатываемой поверхности и может понизить шероховатость на R_a=0,1 мкм. Устройство позволяет осуществлять обработку поверхностей деталей из металлических материалов. При этом возможна обработка поверхностей вращения, плоских поверхностей, в том числе пазов и отверстий.

Цель изобретения - повышение твердости и износостойкости мартенситно-стареющей стали 03Н18К9М5Т.

Техническим результатом изобретения является повышение твердости и износостойкости изделий, испытывающих в процессе эксплуатации механические нагрузки. В результате такой обработки в поверхностном слое структура приобретает преимущественно сетчатую дислокационную и становится близкой к нанокристаллической, в результате чего увеличивается микротвердость, увеличивается плотность дислокаций, происходит допревращение остаточного аустенита, уменьшается шероховатость.

Технический результат достигается тем. Что в способе упрочняющей обработки деталей или изделий из мартенситно-стареющей стали 03Н18К9М5Т, включающем термическую и ультразвуковую обработку, с целью повышения твердости и износостойкости деталей или изделий после проведения закалки - 1200±10°C, выдержка 1 час, охлаждение в воде, трехкратная закалка 930±10°C, выдержка по 1 часу, охлаждение в воде, закалка 770-830°C, выдержка 1 час, охлаждение в воде, осуществляют ультразвуковую обработку, далее следует старение - старение 530±10°C, выдержка 3,5 часа, вакуум, при этом режим ультразвуковой обработки следующий: сила статического прижима 100 Н, скорость подачи 200 мм/мин, частота колебаний 22 кГц, амплитуда колебаний 15 мкм.

Достигаемый технический результат и возможности применения предлагаемого способа упрочняющей обработки поверхностей мартенситно-стареющей стали иллюстрируются следующими примером его осуществления.

В испытательной лаборатории Заявителя по предлагаемому способу был обработан вал, выполненный из мартенситно-стареющей стали 03Н18К9М5Т и имеющий исходную шероховатость R_a=0.880 мкм, микротвердость HV_0,05=510.

Мартенситно-стареющие стали после закалки состоят в основном из высоколегированного безуглеродистого мартенсита и некоторого количества остаточного аустенита и имеют сравнительно невысокую прочность. В процессе старения происходит распад твердых растворов мартенсита и аустенита с выделением в мартенситной матрице упрочняющих частиц интерметаллидных фаз. В результате ультразвуковой обработки на поверхности вала была получена шероховатость R_a=0,048 мкм и микротвердость HV_0,05=580. Структура приобретает преимущественно сетчатую дислокационную структуру, поперечный размер реек наблюдаемого мартенсита составляет ~ 90 нм, структура состоит преимущественно из субзеренной α-фазы размером ~ 110 нм на всех режимах обработки. Таким образом структура становится близкой к нанокристаллической. Остаточный аустенит не наблюдается. Плотность дислокаций увеличивается до ~ 7,5⋅10¹⁰ см ^-2. По границам нанокристаллических зерен α-фазы наблюдаются выделения высокодисперсных интерметаллидных упрочняющих фаз размером 3-20 нм.

Величина и знак остаточных макронапряжений поверхностного слоя составляют - 250 МПа.

Благодаря комбинированной обработки мартенситно-стареющей стали 03Н18К9М5Т достигается технический результат, а именно: в поверхностном слое структура приобретает преимущественно сетчатую дислокационную структуру, поперечный размер реек наблюдаемого мартенсита уменьшается, структура состоит преимущественно из субзеренной α-фазы и становится близкой к нанокристаллической. По границам нанокристаллических зерен α-фазы происходит выделение высокодисперсных интерметаллидных упрочняющих фаз. Происходит допревращение остаточного мартенсита и увеличение плотности дислокаций и микротвердости, уменьшение шероховатости.

Результаты влияния различных режимов термической обработки и последующей ультразвуковой обработки на микротвердость образца представлены на рисунке 1.

Способ упрочняющей обработки деталей или изделий из мартенситно-стареющей стали 03Н18К9М5Т, включающий их термическую и ультразвуковую обработку, отличающийся тем, что осуществляют закалку деталей или изделий при температуре 1200±10°C, после которой проводят выдержку в течение 1 часа, охлаждение в воде, трехкратную закалку при температуре 930±10°C с выдержкой по 1 часу, охлаждение в воде, закалку при температуре 770-830°C, выдержку в течение 1 часа, охлаждение в воде, ультразвуковую обработку, затем осуществляют старение при температуре 530±10°C, выдержку в течение 3,5 часа и вакуумирование, при этом ультразвуковую обработку осуществляют с силой статического прижима, равной 100 Н, скоростью подачи 200 мм/мин, частотой колебаний 22 кГц и амплитудой колебаний 15 мкм.

Изобретение относится к металлургии и может быть использовано для изготовления толстых листов для металлоконструкций ответственного назначения, применяемых в судостроении, топливно-энергетическом комплексе, тяжелом машиностроении, в том числе для конструкций, работающих при высоких (до 250°C) температурах.

Способ производства холоднокатаного проката // 2737526

Изобретение относится к области металлургии, а именно к технологии изготовления холоднокатаного проката из углеродистой стали для изготовления патронов. Способ включает выплавку стали, горячую прокатку слябовой заготовки, травление, холодную прокатку, рекристаллизационный отжиг и дрессировку.

Холоднокатаный и отожженный стальной лист и способ его изготовления // 2736376

Группа изобретений относится к области металлургии, а именно к холоднокатаному и термообработанному стальному листу и способу его изготовления. Холоднокатаный и термообработанный стальной лист, полученный из стали, имеет композицию, в мас.%: С: 0,03 – 0,25, Mn: 3,5 – 8, Si: 0,5 – 2,0, Al: 0,03 – 2,0, Ti ≤ 0,080, Nb ≤ 0,080, V ≤ 0,2, V + Ti + Nb > 0,01, S ≤ 0,010, P ≤ 0,020, N ≤ 0,008, и необязательно один или несколько следующих далее элементов, в мас.%: Mo: 0,1 – 0,5, Cr: 0,01 – 1, B: 0,0005 – 0,004, остальное - железо и неизбежные примеси.

Холоднокатаный и отожженный стальной лист и способ его изготовления // 2736374

Группа изобретений относится к области металлургии, в частности к холоднокатаному и термообработанному стальному листу и способу его изготовления. Холоднокатаный и термообработанный стальной лист из стали, характеризующейся композицией, в мас.%: С: 0,03 – 0,25, Mn: 3,5 – 8, Si: 0,1 – 2,0, Al: 0,03 – 2,0, Ti < 0,080, Nb ≤ 0,080, V < 0,2, V + Ti + Nb > 0,01, S < 0,010, P < 0,020, N < 0,008 и необязательно содержащей один или несколько следующих далее элементов: Mo: 0,1 – 0,5, Cr: 0,01 – 1, B: 0,0005 – 0,004, остальное - железо и неизбежные примеси.

Способ термомеханической обработки // 2735308

Изобретение относится к металлургии, в частности к способу термомеханической обработки листового и сортового проката из низко- и среднеуглеродистых конструкционных сталей.

Способ производства ультрамелкозернистой толстолистовой трубопроводной стали // 2734901

Изобретение относится к области металлургии стали, в частности к процессу производства трубопроводного стального листа. Способ производства ультрамелкозернистой толстолистовой трубопроводной стали, включающий этапы, на которых: (I) обеспечивают листовую заготовку из стали, содержащую, вес.%: C: 0,040 до 0,070, Si: 0,15 до 0,30, Mn: 1,30 до 1,80, P: ≤ 0,015, S: ≤ 0,005, Nb: 0,030 до 0,07, Ti: 0,006 до 0,020, Ca: 0,0005 до 0,0040, Al: 0,015 до 0,050, Ni: 0,10 до 0,30, Cr: 0,10 до 0,30, Mo: 0,08 до 0,18 и Cu: 0,1 до 0,20, железо (Fe) и неизбежные примеси - остальное; (II) нагревают листовую заготовку из стали до температуры 1120-1140°С в течение 10,3-13 мин/см с последующим томлением при указанной температуре в течение 45 мин; (III) обеспечивают толщину листовой заготовки в 3,5-4,0 раза больше, чем у производимого листа, и проводят черновую прокатку со степенью обжатия последнего прохода 26%; (IV) проводят дополнительную прокатку со скоростью прокатки 1,3-1,5 м/с в течение 18-23 с получением ультрамелкозернистой толстолистовой трубопроводной стали шириной от 3500 мм до 5000 мм и толщиной от 25 мм до 40 мм; (V) проводят самоотпуск с температуры от 165°C до 190°C.

Способ изготовления плоского стального продукта из стали с содержанием марганца и такой плоский стальной продукт // 2734216

Группа изобретений относится к области металлургии и включает способ изготовления плоского стального продукта из стали, плоский стальной продукт и его применение.

Способ изготовления молотка дробилки // 2731994

Изобретение относится к способам изготовления молотков молотковых дробилок. Способ включает получение заготовки прямоугольной формы литьем, обрубку, термическую обработку.

Рулон и электротехническая полосовая или листовая сталь // 2728339

Предлагается рулон и электротехническая полосовая или листовая сталь с по меньшей мере одним предусмотренным на одной из ее плоских сторон термоотверждаемым слоем термоклеевого лака, а именно слоем лака горячей сушки, который содержит основу из эпоксидной смолы, по меньшей мере один отвердитель и по меньшей мере один наполнитель.

Способ повышения прочности детали с покрытием // 2725786

Изобретение относится к способу повышения прочности детали с покрытием. Осуществляют поверхностно-пластическое деформирование путем обкатки деформирующим элементом с последующим упрочнением покрытия ультразвуковой обработкой упрочняющим элементом.

Способ производства высокопрочной листовой стали, характеризующейся высокими пластичностью, деформируемостью и свариваемостью, и полученная листовая сталь // 2732261

Изобретение относится к области металлургии. Для получения листовой стали с нанесенным покрытием, обладающей заданными механическими свойствами совместно с высокой свариваемостью, в особенности высокой свариваемостью при использовании контактной точечной сварки, способ включает получение холоднокатаной листовой стали, содержащей, мас.%: 0,15 ≤ С ≤ 0,23, 1,4 ≤ Mn ≤ 2,6, 0,6 ≤ Si ≤ 1,3, при этом С + Si/10 ≤ 0,30, 0,4 ≤ Al ≤ 1,0, причем Al ≥ 6(C + Mn/10) - 2,5, 0,010 ≤ Nb ≤ 0,035, 0,1 ≤ Мо ≤ 0,5, отжиг листа при температуре в диапазоне 860-900°С для получения структуры, состоящей из по меньшей мере 90% аустенита и по меньшей мере 2% межкритического феррита, закалку до температуры в диапазоне от Ms - 10°С до Ms - 60°С при скорости Vc, составляющей более чем 30°С/с, нагрев до температуры РТ в диапазоне от 410°С до 470°С на протяжении от 60 до 130 с, нанесение на лист покрытия в результате погружения в расплав и охлаждение до комнатной температуры.