Способ изготовления изделий из железо-углеродистых сплавов

ло делам изобретеи и открытий 1Дс; ч-,.еапов, Я;М.Охр 1,%) Сд 4 оматиц ои-Д .В. Соболеого Знаиени(72) Авторыизобретен Менк,О. М. Смирнов, П. И, Полухи Ю. И. Мищенков, М. Н. Н. Карпиляиский, А. И,Н.ПоЦепин,Анищен 71) Заявител Московский ордена Трудо институт сталиго Кра и сплав 54) СПОСО ОТ НИЯ ИЗДЕЛИЙ И промежуточными подогревами, закалку и отпуск, деформирование в состоянии сверх- пластичности и последуюш,ую окончательную термообработку (закалку и отпуск) 12.Существенными недостатками такого способа являются недостаточно высокие механические свойства получаемых изделий, большая длительность общего цикла производства за счет большой продолжительности цикла прокатки и промежуточной термообработки (закалка и отпуск), что приводит к удорожанию изделий.Кроме того, такой способ не позволяет получать изделия с высокой эксплуатационной стойкостью из нелегированных железо-. углеродистых сплавов с содержанием углерода более 1,4 О, так как в период обработки наблюдается нарушение сплошностп материала.Целью изобретения является упрощение технологии изготовления и повышение эксплуатационной стойкости за счет возможности использования высокоуглеродистых сплавов.Цель достигается тем, что в способе изготовления изделий из железоуглеродистых сплавов, включающем нагрев, горячую деформацию, промежуточную термическую обработку, теплую деформацию, закалку и низкий отпуск, горячую деформацию производят Изобретение относится к области металлургии и машиностроения, в частности к обработке металлов давлением и может быть использовано для получения изделий из высокоуглеродистых сталей и чугунов, напри- З мер инструмента для холодной высадки.Известен способ изготовления изделий из легированных сталей, например нержавеющей хромоникелевой, включающий нагрев, горячую деформацию с отжигами для по О лучения промежуточного полуфабриката, холодную прокатку полуфабриката, скоростной нагрев, закалку в воде и вытяжку в состоянии сверхпластичности 11.Существенным недостатком этого способа 5 является то, что для получения изделий с определенными механическими свойствами используется сталь с большими добавками дорогостоящих легирующих элементов. Стоимость изделий увеличивается также за счет операции очистки металла от вредных примесей на стадии плавления и операции легирования. Кроме того, обработка давлением легированных металлов продолжительна во времени. 25Наиболее близким по технической сущности к изобретению является способ изготовления изделий из инструментальных сталей, включающий нагрев заготовки, горячую прокатку за несколько проходов с зО ЕЗОУГЛЕРОДИСТЪХ СПЛАВОпри 980 - 1100 С за один проход со степенью деформации 60 - 90 ОО и скоростью деформации 10- 10 с , в качестве промежуточной термообработки используют изотермический отжиг при температуре 620 - 700 С до завершения распада аустенита, а теглую деформацию осуществляют при температуре 620 - 810 С со скоростью деформации0 -- 10 сГорячую деформацию предпочтительно осугцествлять методом поперечно винтовой прокатки, теплую деформацию - штамповкой в условиях сверхпластичности сплава.Заготовку из литого железоуглеродистого сплава с содержанием углерода 0,8 4,3 подвергают горячей деформации при температуре 980 в 1100 С за один проход со степенью деформации 60 - 90 Я и скоростью деформации О. 1 О с - для максимального измельчения литой аустенитной структуры сплава и создания многочисленных дефектов кристаллической решетки материала. Нижняя граница температурного интервала деформирования определяется последующим изотермическим отжигом и обусловливается сохранением высокого уровня пластичности и могцностью применяемого оборудования.Степень деформации ниже 60 Я не обеспечивает требуемого измельчения аустенитного зерна, а степень дефформации влпше 90 О", ведет к нарушению сплошности материала.Скорость деформации менее 10сприводит к нежелательному росту аустенитного зерна за счет наличия процессов рекристаллизации, а скорость деформации более 10-сприводит к нарушению сплошности материала.Предпочтительно проводить горячую деформацию методом поперечно-винтовой прокатки, позволяющей при указанных скоростях и температурах деформации прокатывать заготовку со степенью более 60 Я за один проход.Сразу после горячей деформации осугце ствляется изотерми ческая выдержка при 620 700 С для получения мелкозернистой ферритной матрицы с равномерно распре деленными по всему объему материала глобулярными частицами цементита.При переносе материала от температур горячей деформации в температуру ниже 620 С возможно образование промежуточных и мартенситной структур, что весьма нежелательно. Изотермическая выдержка выше температуры 700 С экономически нецелесообразна ввиду увеличения продолжительности процесса. Время изотермической выдержки определяется временем распада аустенита. г ) О 5 20 Зо 35 40 45 50 5 60 После проведения изотермической выдержки сплав подвергают теплой деформации при температурах 620 - 810 С со скоростью деформации 1 О л - 1 О-" с - . При данном температурно-скоростном режиме деформации имеет место существенное повышение пластичности и снижение деформируюших усилий, что ведет к снижению трудоемкости операций. Кроме того, имеет место наиболее равномерная проработка структуры, что ведет к улучшению механических свойств и служебных характеристик изделия.Предпочтительно теплую деформацию производить в условиях сверхпластичности, обеспечивающей наименыпие усилия деформирования и наилучшую проработку структуры. Верхний предел температурного интервала теплой деформации определяется проявлением эффекта сверхпластичности при термоциклировании вокруг температуры фазовых превращений.При этом деформирование в режиме изотермической сверхпластичности упрогцает проведение теплого деформирования, а деформирование в условиях сверхпластичности при фазовых превращениях повышает производительность операции за счет более высоких относительных скоростей деформирования.Вслед за теплой деформацией изделие подвергают окончательной термообработке закалке с последующим отпуском для получения необходимого комплекса механических свойств. Для получения в готовом изделии достаточной пластичности в сочетании с высокой твердостью и прочностью проводят закалку на мартенсит с последующим низкотемпературным отпуском. При этом по сравнению с прототипом при тех же значениях пластических характеристик достигаются более высокие значения прочности и твердости, поскольку предлагаемый способ позволяет изготавливать изделия из сплавов с болыпим содержанием углерода.Кроме того, способ расширяет сортамент изделий за счет использования дешевых железоуглеродистых сплавов с высоким содержанием углерода, которыми можно заменять изделия из дорогостоящих легированных сталей без снижения качества продукции.П р и м е р. Получаемое изделие - пуансон для прошивки. Материал пуансона сталь, содержащая компонентьц вес.о 4: С -- 2, Мп - 0,98, Р - 0,015, 8 0,015, Ге - остальное.Литой слиток диаметром 100 мм и длиной 300 мм прокатывали при температуре 1070 С со скоростью деформации 9 Х 10 - с - на стане поперечно-винтовой прокатки за один проход со степенью деформации 60 Я.25 Результаты пок прочность пуансо гаемым способом дешевле стали ХПредлагаемый общую продолжи за по сравнени стоимость матер продукции, в ря использования ст гируюшими элем азывают, что твердость и нов, изготовленных предла выше, а используемая сталь 12 М.способ позволяет сократить тельность процесса в 2,7 раю с прототипом, удешевить 35 нала, расширить сортамент де случаев отказаться от алей с дорогостоягцими леентами. Полученную заготовку помещали в печь с температурой 620 С и выдерживали при этой температуре 3 мин. После изотермической выдержки полуфабрикат разрезали на заготовки необходимых размеров и при тем пературе 620 С со скоростью деформации 2 Х 10 -- 2,5 Х 10 -с- выдавливали пуансоны требуемой формы для прошивки.Полученные пуансоны нагревали до температуры 740 С и закаливали на мартенсит- О ную структуру, после чего подвергали низкому отпуску.Для сравнения свойств полученных пуансонов со свойствами пуансонов из применяемой для их изготовления стали Х 12 М, 15 изготовляемых путем механической обработки с последующей закалкой и отпуском по принятым для нее режимам были проведены испытания механических свойств, результаты которых приведены в таблице. 20 Форм ула изобретения 1. Способ изготовления изделий из железоуглеродистых сплавов, преимущественно содержащих 0,8 - 4,3 Я углерода, включающий нагрев, горячую деформацию, промежуточную термическую обработку, теплую деформацию, закалку и отпуск, о т л и ч а ющ и й с я тем, что, с целью упрощения технологии и повышения эксплуатационной стойкости за счет возможности использования высокоуглеродистых сплавов, горячую деформацию производят при 980 - 1 00 С за один проход со степенью 60 - 90 Я и скоростью деформации 10 -- 10 с - , после чего производят изотермическую выдержку заготовки при 620 - 700 С до завершения распада аустенита, а теплую деформацию производят при 620 в 8 С со скоростью 10 -- 10с-.2. Способ по и. 1, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что горячую деформацию производят поперечно-винтовой прокаткой.3. Способ по п. 1, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что теплую деформацию производят штам повкой.4. Способ по п. 1, отличающийся тем, что теплую деформацию производят в условиях сверхпластичности сплава.Источники информации,принятые во внимание при экспертизе 1. Сверхмелкое зерно в металлах, М., Металлургия, 973, с. 300 в 3.2. Базык Л. С., Тихонов Л. С. Примее эффекта сверхпластичности в совреой металлообработке. М., НИИМЛШ, , с. 48.