Способ обработки конструкционных сталей

 

И. П.Банас, Г. П.Алексеева, И. Н.Лазечный, И. И.

М.М. Новиков, А. Н. Уткина; Б. И. Чирков и Т. А. Г (72) Авторы изобретения (7I ) Заявитель (54) СПОСОБ ОБРАБОТКИ КОНСТРУКЦИОННЫХ СТАЛЕЙ

Изобретение относится к металлургии, в частности к способам химико-термической обработки конструкционных сталей.

Известен процесс химико-термической обработки легированных сталей, состоящий нз цементации при 1050-1100оС, подстуживания до 900-950 С с непосредственной-закалкой в масле, отпуска при 160-500 С fl j.

1О

Однако данный способ включает подстуживание до 900-950 С, при котором выделяются грубые карбиды по границам . зерен, что снижает контактную долговечность, изгибную выносливость, а также прочность при статическом изгибе.

Известен также способ обработки конструкционный сталей, включающий цементацию при 900-920 С, нагрев под закалку и закалку в горячую среду с темпера- 20 турой 220оС, отпуск при 560 С, обработку холодом и отпуск при 160-180оС;

Данный способ обеспечивает твердостьцементованного слоя 60 НКС (2).

Однако для деталей, работающих при высоких температурах (до 400оС) про исходит снижение твердости до 55 HRC и контактной долговечности.

Наиболее близким к предлагаемому по технической сути и достигаемому результату является способ обработки конструк ционных сталей, включающий цементацию при 980-1100 С, непосредственную за калку в горячую среду с температурой

100-400 С и отпуск многократный при

510-560 С (3).

Однако при обработке стели по атоМу способу в результате цементайии с непосредственной закалкой при содержании углерода в слое 0,9% и выше структура поверхностной зоны, глубиной до 0,35мм, состоит из аустенита с небольшим количеством карбидов. При последующем от- ° пуске у-в о превращение протекает как при температуре изотермической выдержки (по перлитному механизму), так и при охлаждении отпуска (по мартенситно му механизму). Перлитный механизм рба3 9985 лизуется по границам зерен с образованием тонкодисперсного тростита, имеющего пониженную твердость.

М ногократ кое повторение отпусков приводит к перераспределению легирующих 5 элементов между у и о .фазами и на грешницах зерен образуется зона, рбогащен ная хромом и другими ферритообразователями. На травленом микрошлифе она выявляется в виде светлой составляю- 10 щей .

При наличии светлой составляющей по границам зерен контактная выносливость цементованных образцов снижается, 1 в 1 5-2 раза. Если в закаленном цемен- 15 тованном слое имеется небольшое количество мартенсита (20-40%), превращение аустенита при отпуске происходит равномерно в объеме зерна без образования ярко выраженных сегрегаций легиру- zg. ющих. элементов. Но это возможно при пониженном содержании углерода (0,60,8/o), которое также не обеспечивает достаточной контактной выносливости.

Все это приводит к преждевременному 25 образованию выкрашивания цементованного слоя, т.е. снижению долговечности деталей. Показатели контактной долговечности, прочности при статическом изгибе, вязкости не обеспечивают параметров З0 ресурса изделий.

Белью изобретения является повышение эксплуатационной стойкости в результате повышения ударной вязкости, прочности при изгибе, изгибной вынослй35 во "ти и контактной долговечности.

Для достижения поставленной цели согласно способу обработки конструкционных сталей, включающему цементацию при 980-1100 С с непосредственной за40 калкой с этой температуры и многократный отпуск при 510-560оС, закалку проводят в масло, затем проводят промежуточный отпуск при 200-400 С и обработку холодом.

При этом закалку проводят в масло е температурой от комнатной до +80 С, .а обработку холодом проводят при темпе о ратуре от -50 до -70 С.

Полный цикл химико-термической обработки состоит из цементации при 98050

1100 С,непосредственной закалки в масло

О с температурой от комнатной до +80 С,отпуска при 200 00оС, обработки холодом при температуре от -50 до -70 С о и отпуска при 510-560 С 3-5 раз.

Закалка с большой скоростью охлаждения в масло предотвращает протекание диффузионных процессов, выделения кар20 4 бидов по границам зерен, фиксирует пересыщенный твердый раствор аустени- та.

Последующий отпуск при 200-400 С не оказывает влияния на аустенитный цементованный слой, но приводит к отпуску мартенситной структуры сердцевины и переходной зоны, предотвращая при дальнейшей обработке холодом образование трещин.

Обработка холодом приводит к образованию 35-40% мартенсита в цементова ьном слое. Дальнейшее г- с превращение происходит при многократном отпуске путем выделения карбидов из аустенита и мартенсита BO время выдержки при

510-560оС и превращения обедненного аустенита в мартенсит при охлаждении до комнатной температуры.

Предлагаемый режим химико-термическ ой обработки легирова нны х сталей обеспечивает получение удовлетворительной мйкроструктуры и требуемых параметров цементованного слоя и сердцевины, В опытно-производственных условиях проводят обработку образцов из стали

13х3НВМ2Ф следующего химического состава, Ь:

С 0,12

Мь 0,44

5i 0,57

3,05

1,1

9 0,69

Iho 1,87

0,23 по,двум режимам - известному и предлагаемому для определения механических свойств и структуры.

Предлагаемый режим: цементация в печи U60 в газовой среде с ступенчатой подачей пиробензола 2 ч-140 см /ч+

+1 ч-100 смЗ/ч, охлаждение в масле с температурой 20, 30, 80 С, отпуск при температуре 200,300,400 С, выдержка

2 ч, охлаждение на воздухе, обработка о холодом при -50, .-60,. -70 С, 2 ч отпуска при 530 С, выдержка 1 ч (3 раза), охлаждение на воздухе.

Известный режим: цементация в газовой среде с ступенчатой подачей пиробензола 2 ч-140 см /ч+1 ч-100 см /ч, о охлаждение в масле с температурой 120 С, отпуск при 530 С, выдержка 1 ч (3 раза), охлаждение на воздухе.

Свойства. цементованной на глубину

1 мм, стали 13ХЗНВМ2Ф-111 в сравнении с известной представлены в таблице.

:998520

32 10

1,8

Бесструктур- ный высо коотпущенный мартен- сит и мелкодиспероные карбиды

Предлагаемый

0,93:

264

1,7 ° 10

Известный

219

0,98

П р и м е ч а н и е: По предлагаемому способу свойства не изменяются в интервале граничных значений. в масло с температурой от комнатной до +80 С.

3. Способ по п. 1, о т л и ч а ю3$ шийся .тем, что обработку холодом проводят при температуре от -50 до

- 70оС. ю Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Авторское свидетельство СССР № 184094, кл. С 23 С 9 06, .1962.

2. Минкевич А. H. Химико-термическая обработка металлов и сплавов. М., Машиностроение, 1965, с. 76-80;

3. Авторское свидетельство СССР № 436894, кл. С 21 3 1/78, 1971.

Составитель P. Клыкова

Редактор Н. Рогулич Техред Л.Пекарь Корректор Е. Рошко

Заказ 1076/45 Тираж 566 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

Филиал ППП "Патен., r. Ужгород, ул. Проектная, 4

Формула изобретения

1. Способ обработки конструкционных сталей, включающий цементацию при

980-1100 С с непосредственной. закалкой с этой температуры и многократный отпуск при 510-560оС, о т л и ч а юшийся тем, что, с целью повышения эксплуатационной стойкости в результате повышения ударной вязкости, прочности при изгибе,изгибной выносливости и контактной долговечности, закалку проводят в масло, затем проводят промежуточный отпуск при 200-400 С.-и обработку хо л одом.

2. Способ по и. 1, о т л и ч а ю - ! шийся тем, что проводят закалку

Игольчатый высоко отпущен ный мартенсит,мелкодиспероные карбиды и светлая фаза по границам зерен