Способ термообработки изделий

(5) ГОСУДАРСТВЕННЫЙПО ИЗОБРЕТЕНИЯМПРИ ГКНТ СССР ЛИТЕТТКРЫТИЯМ ЕНИ АНИЕ И ЕЛЬСТВ 2 к термическои быть использо- машиностроидприятиях при од закалку, норСО 1( р К АВТОРСКОМУ СВ(71) Донецкий политехнический институт (72) А. А. Баранов, Д, В, Кошель, Б. Е. Надворный и В. Г, Любченко(56) Лахтин Ю, М, Основы металловедения. М,; Металлургия, 1988, с. 319.Авторское свидетельство СССР М 487144, кл. С 21 О 1/34, 1974.Морозов О, П:, Попова Т. А. Повышение устойчивости мелкого зерна аустенита конструкционной стали при ступенчатом режиме нагрева, - Известия ВУЗов, Сер. Черная металлургия, 1989, М 2, с. 76-81,Изобретение относитсяобработке металлов и можетвано на металлургических,тельных и ремонтных пренагреве стальных изделий пмализацию, отжиг,Известен способ повышения ударной вязкости стальных изделий путем проведения термообработки, включающей закалку и высокий отпуск.Недостатком указанного способа является незначительное увеличение ударной вязкости вследствие роста зерен аустенита в процессе выдержки при температуре аустенитизации в сталях без специальных модифицирующих добавок,Наиболее близок к предлагаемому способ термообработки изделий из стали, включающий закалку, ступенчатый режим(54) СПОСОБ ТЕРМООБРАБОТКИ ИЗДЕЛИЙ ИЗ СТАЛИ(57) Изобретение относится к термической обработке металлов и может быть использовано на металлургических, машиностроительных и ремонтных предприятиях при нагреве стальных изделий под закалку, нормализацию и отжиг. Цель изобретения - повышение ударной вязкости изделий эа счет стабилизации мелкого зерна при аустенитизации. Образец из стали 22 К закаливают с 860 С. Затем нагревают до 520 С, выдерживают 1 ч и нагревают до 960 С с выдержкой 1 ч, охлаждают и проводят отпуск при 200 С,последующей аустенитизации, при которой в процессе злектроконтактного нагрева до заданной температуры осуществляют предварительную выдержку при температуре Ас, + 10-50 С с последующим охлаждением, Предварительную выдержку проводят при температуре, при которой начальный, аномально быстрый, рост зерна еще не проявляется, но в достаточно полной мере протекают процессы снятия фазового наклепа аустенита и дорастворение карбидов как центров рекристаллиэации,Однако известный способ характеризуется недостаточной стабилизацией мелкого зерна, низкой ударной вязкостью изделий, обусловленной неэффективным сдерживанием уже начавшейся,оекристаллизации включениями иэбыточньх фаз (карбидов, оксидов, сульфидов и т.д,1, необходимостьюпроведения предварительных экспериментов для установления температуры и длительности предварительной выдержки для наиболее распространенного в производстве печного нагрева вследствие процессов рекристаллизации.Цель изобретения - повышение ударной вязкости изделий из стали за счет стабилизации мелкого зерна при аустенитизации,Поставленная цель достигается тем, что согласно известному способу термообработки изделий из стали, включающему закалку, ступенчатый нагрев после закалки до температур аустенитизации с предварительной выдержкой и охлаждение, предвалтельную выдержку осуществляют при температуре Ас 1 - 30-200 С, длительность которой определяют по формулет = т + а б/( Оо ехр- О/( РТ )1 (1)где г, - время выдержки, определяемое поформуле Гуляева, т, = К 1 К 2 КЗ, мин;К 1 - коэффициент среды;К 2 - коэффициент формы:Кз - коэффициент укладки изделий;г - минимальный размер максимального сечения изделия, мм;а - пересчетн ый коэффициент, а = 0.003;о - диаметр исходного зерна, мкм;О 0 - табулированный коэффициент, см/с;С 1 - энергия активации процесса диффузии, ккал/моль;В - газовая постоянная, ккал/моль К;Т - температура выдержки, К,Сущность изобретения заключается втом, чтобы задержать рост зерен аустенитав сталях, выведя с помощью предлагаемыхрежимов термообработки частицы включений избыточных фаз на границы зерен. Таким образом затрудняется движениеграниц, а искажение профиля границ заблокирует межзеренное скольжение. Согласноформуле Зенера диаметр зерна б связан сразмерами равномерно распределенных вобъеме сплава включений б 1 и их объемнойдолей 1 соотношениемб = Кб 1 Г, (2)где К = сопЫ,Эта же зависимость для частиц, расположенных по границам зерен;б = Кб 1 Г(3)Таким образом, частицы на границахзерен эффективнее сдер. кивают рост зеренпо сравнению с распределенными в обьемепри прочих равных условиях. Поэтому предварительную выдержку осуществляют принагреве под аустенитизацию для перераспределения включений второй фазы и их выделения на границах зерен марицы. Температура предварительной выдержки воизбежание начала фазового превращения5 при колебанияхтемпературы в печахсоступенчатой регулировкой рекомендуется невыше Ас 1 - ЗО С. Нижний предел температуры (АС 1 - 200 С) предложен исходя изтого, что дальнейшее понижение температуры приводит к существенному. замедлению диффузии примесных атомови увеличению времени выдержки, чтосказывается на производительностипечи, Таким образом, превышениепредлагаемых температур предварительной выдержки не приводит к гарантированному повышению ударнойвязкости, снижение температур нижепредлагаемых снижает производительность печи без дальнейшего повышения ударной вязкости,Время выдержки, меньшее предлагаемого не дает пройти в полной мере процессам диффузии, что снижает ударнуювязкость, как и в случае продолжительных(больше предлагаемых 1 выдержек из-за коагуляции включений и ослабления их барьерного эффекта,П р и м е р, Образцы из стали 22 К размерами 10 х 10 х 55 мм закаливали в воде от860 С с выдержкой 15 мин. Затем образцынагревали в лабораторной печи МПУМдо температур предварительной выдержки Ас 1-10, АС 1-30, А 1-100, А,1-200 и,., -250 СДлительность выдержки соответствовала вычисленной по формуле (1), а такжебыла больше и меньше расчетной, при40этом г 0 = 1 х 1 х 1 х 10 = 10 мин; К 1= 1 (газовая среда нагрева); К 2 = 1 (квадратное сечение образца); Кз = (укладка с интерваломг); г=.10 мм; а = 0,003; 00 =. 0,668 см/с;0 =34,46 ккал/моль; %=1,987 х 10 ккал/моль К,345 Т = 1233 К б = 35 мкм (замерен п редварительнс),Таким образом,т=10+0,00335 /(0,668 ехр/-37,46/(1,98710 хх 1233)1= 65 мин.Кроме того, образцы из стали 22 Кразмерами 10 х 10 х 55 мм подвергали обработке по известному способу (нагревдо 9300 С, выдержка 10 мин). Результатыиспытаний представлены в таблице, Каквидно из таблицы, наилучшие результатыпо ударной вязкости достигнуты припредлагаемых режимах (примеры 2-4),что обусловлено стабилизацией мелкозернистой структуры при аустенитизации,1733483 10 Технологические параметры термообработки и результатыисследований 15 Составитель А. ОрешкинаТехред М. Моргентал Корректор Т, Малец Редактор А, Огар Заказ 1640 Тираж Подписное ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР 113035, Москва, Ж, Раушская наб 4/5 Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул. Гагарина, 101 Формула изобретения Способ термообработки изделий, включающий закалку, ступенчатый нагрев до температуры аустенитизации с предварительной выдержкой и охлаждением, о т л ич а ю щ и й с я тем, что, с целью повышения ударной вязкости за счет стабилизации,мелкого зерна при аустенитизации, предварительную выдержку осугцествляют при А -30-200 С, длительность которой определяют по формуле т = т + а бЬ ехр - О/( ВТ ) ,где % - время выдержки, определяемое поформуле Гуляева,а - пересчетный коэффициент, а = 0,003;б - диаметр исходного зерна, мкм;0 - энергия активации процесса диффузии, ккал/моль;Ь - табулированный коэффициент, см/с,В - газовая постоянная, ккал/моль К;Т - температура выдержки, К.