Способ закалки стальных изделий

Т, Ол; с.О П И С А-"п И Е Союз Советскик Социалистических Республик(5)М. Кл.2 с присоединением заявки М С 21 0 1/56 Государствеииый комитет СССР ио аелам изобретеиий и открытий(53) УДК 621.785. ,616(088.8) Опубликовано 1509,79. Бюллетень Ио 34 Дата опубликования описания 1809,79(71) ЗаяВИтЕЛЬ Институт метаЛлофиэики АН Украинской ССр(54) СПОСОБ ЗАКАЛКИ СТАЛЬННХ ДЕТАЛЕЙ 10 15 20 Изобретение относится к машиностроению и может быть использовано для тертеческого упрочнения тонкостенных иэделий из среднеуглеродистщс (0,2-0,5% С) легированных конструкционных сталей,В практике термической обработки широко известны различные способы закалки, обеспечивающие снижение уровня эакалочных напряжений в обрабатываемых изделиях и уменьшение нх коробления (иэотермическая закалка как в температурной области промежуточного, так и мартенситного превращения) (1.Данные способы, успешно используемые для обработки изделий достаточно больших сечений (больше глубины прокаливаемости сталей), не могут быть применимы для термоупрочиения тонкостенных изделий из сталей с высокой прокаливаемостью, термообрабатываемых в сечениях меньше глубины прокаливаемости, например из сталей мартенситного нли бейннт-. ного классов.Известен также способ закалки (2 заключающийся в том, что сталь иэ аустенитного состояния охлаждают немного ниже температуры начала мартенситного превращения для получения 25-30 мартенсита с последующим переносом изделий в ванну для осуществления полного или почти полного иэотермического Распада выше температуры мартенситного превращения М (иэотермическая закалка),Однако указанный способ имеет ряд существенных недостатков, в частности он не применим к большинству конструкционных легированных сталей, так как ограничен сталями с небольшим временем устойчивости переохлажденного аустеннта. Известно, что для конструкционных сталей время выдержки при иэотермической закалке в интервале температур прсмежуточного превращения может составить несколь" ко часов, что снижает производительность способа. Кроме того, известный способ предназначен для термообработки изделий, обрабатываемых в сечениях значительно больше глубины прокалнваемости стали. Однако формально он может быть применен и для термообработки тонкостенных изделий, Ри этом структура стали после закалки состоит иэ смеси продуктов ннэкотемпературного отпуска мартенсита и продуктов промежуточ5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 ного распада аустенита (бейнита) .Такое структурное состояние длябольшинства конструкционных сталейявляется нежелательным вследствиеповышенной склонности к необратимой отпускной хрупкости .Целью изобретения является улучшение пластических свойств, уменьшение закалочных напряжений и устранение коробления при закалке тонкостенных изделий,Цель достигается тем, что охлаждение нагретого до аустенитного состояния иэделия осуществляют со скоростью выше критической до температуры ниже точки начала мартенситного превращения Мя на 30-50 С дляполучения во всем объеме переохлажденного изделия заданного количествамартенсита (20-70) в аустените, споследующим скоростным нагревомвсего объема изделия со скоростями(Ч = 20-300 град/с), предотвращающими распад переохлажденного аустенита в температурной области вышеточки Мн, до 500-700 С для отпускаобразовавшегося на первом этапеобработки мартенсита и последующегонепрерывного охлаждения всего изделия для закалки на мартенсит не распавшегося на предыдущих этапах обработки аустенита.Укаэанные условия нагрева (Чц- 20-300 град/ср Т = 500-700 С),включая и граничные значения, навтором этапе обработки исключаютвозможность распада непревращенногоаустенита и одновременно с этим приводят к полному отпуску мартенситанепосредственно в процессе скоростного нагрева, в связи с чем необходимость в выдержке при отпуске отсутствует.Выбор степени переохлаждения ниже М на 30-50 С обусловлен необходимостью образования в объеме переохлажденного иэделия такого количества мартенситной фазы (20-70),которое при проведении скоростногонагрева на последующем этапе обработки не вызывает значительного снижения прочностных свойств и не способствует стабилизации непренращенногоаустенита.Структура стали после завершениятермической обработки представляетсобой.мартенситную матрицу, гетерогениэированную продуктами высокотемпературного отпуска мартенсита.Принципиальное отличие предлагаемого способа от известного заключается в следующем: 1. Охлаждают весь объем нагретого до аустенитного состояния изделия ниже точки Мя для получения заданного количества мартенсита в аустените, распределенного по всему объему, а не только в поверхностных слоях по известному способу;2. Нагрев иэделия с аустенитномартенситной структурой на втором этапе обработки, с целью получения стабильных продуктов отпуска мартен- сита, осуществляют до 500-700 фС, а не до температур изотермической за-. калки по известному способу (ниже 400 С3. Завершающей операцией обработки является непрерывное охлаждение изделия для закалки на мартенсит сохранившегося. после двух этапов обра" ботки аустенита, а не изотермическая выдержка в известном способе, вследствие чего в предлагаемом способе исчезает необходимость в длительных выдержках, равных инкубационному распаду переохлаждеиного аустенита;4, В стали, обрабатываемой по предлагаемому способу, формируются такие структурные состояния, которые нельзя получить пр известному способу, при этом структура обработанной по описываемому способу стали состоит из смеси мартенсита и продуктов его отпуска, а после обработки по известному способу структура стали представляет собой смесь низкоотпущенного мартенсита и продуктов изотермического распада, аустенита. П р и м е р . Способ закалки был опробован при термообработке стальной полосы из стали 37 Х 2 НГСМ по схеме: нагрев до 950 С; охлаждение сжатым воздухом до 250 С для получения 30 мартенсита; скоростной нагрев (Чя = 200 град/с)до 600 фС и окончательное охлаждение до комнатной температуры. После закалки проводят отпуск: 0,5 ч при 250 С. Для получения сравнительных данных осуществляют термообработку этой стали по известному способу: нагрев до 950 фС; охлаждение в масле для получения 30 мартенсита перенос в ванну с температурой 340 С; выдержка при этой температуре в течение 3,5 ч и окончательное охлаждение на воздухе.Результаты механических испытаний термообработанных сталей приведены в таблице./мм 16 1, 9 Изотермическаязакалка о извеспособу 178 Эакалка3 мин;отпуск0,5 ч По предлагаемомуспособу Таким обра ли, обработан способу, почти ности стали, о ному способу, не прочности. 20 чаю щи й с я тем, что, с цельюповышения пластичности и уменьшениэакалочных напряжений, охлаждениепроизводят до температуры на 30-50ниже М, а последующий нагрев осу 25 ществляют со скоростью 20-300 градо 500-700 С.Источники информации,принятые во внимание при экспертиз1, Лахтин Ю,М. Металловедение и30 термическая обработка металлов. М.Металлургиэдат, 1976, с. 241243.2, Авторское свидетел9 13818, кл, С 21 П 1/785 тоти п)а чность стапредлагаемому% выше пластичанной по иэвестпоставимом уровсти ом, плой пона 3брабопри с ормула изобретени Способ закалки преимущественно то чающий нагрев до т ки, охлаждение до МН, нагрев до темп окончательное охлажт ал ьных костенны мператур емперату ратуры в дени е, о деталей, х, вклюы закалры ниже ыше Мй и ьство НРБ 1971 (прол и Составитель Г. Шевченко Техред М,келемеш Корректор М. Вигула орче Редакто Подпио комитета СССРн от крытийушская наб., д. аж 653дарственнизобретена, Ж,Тир НИ И ПИ Гос по дела 035, Мос