Способ обработки сталей

ИХимнение",СССР,ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ ОПИСАНИЕ АВТОРСКОМУ С(53) 621.785.79(088.8) 56) 1, Галицкий Б.А. и Бехнология компрессоростроашгиз, 1961, с. 388-389.2. Авторское свидетель249409, кл. С 21 Р б/003. Шапиро М.В. Новые матехнология изготовленияпластин компрессоров. ЦИНТаш. М., фКомпрессорострое967с. 24-55 ф 32-334. Авторское свидетельс370249, кл. С 21 Р б/02(54) (57) СПОСОБ ОБРАБОТКИ СТАЛЕЙ, преимущественно аустенитно-мартен- ситного класса, включающий поверхностную пластическую деформацию, старение и отпуск, о т л и ч а ю -и й с я тем, что,.с целью повышея износостойкости и усталостной прочности, старение производят при температурах ниже температур начала д.-3" превращения на 50-100 фС.10 30 Изобретение относится к обработкеметаллов давлением и термообработкой, в частности к обработке сталейпреимущественно переходного аустенитно-мартенситного класса,Известен способ изготовленияпластин кольцевых клапанов из сталейЗОХГСА и ЗОХ 13, при котором заготовки кольцевых пластин вырубают в штампе, производят предварительную механическую обработку, затем партиюпластин набирают в специальном зажимном приспособлении и нагревают дотемператур на 50-20 ООС выше ТАсзакалку производят в масле, отпускпластин производят при температурах,обеспечивающих получение твердостипластин Н 1- 48-52, После термообработки производят окончательную механическую обработку, размагничивание, вторичный отпуск партии пластин в эажимном приспособлении, притирку клапанных пластин с 2-х сторон на притирочной плите 1 1,Долговечность пластин, изготовленных указанным способом, составляет 300-1200 ч при низкой износостойкости.Известен способ термической обработки нержавеющих сталей, которыйвключает стабилизацию аустенита отпуском при 200-350 ОС 2.Известен также способ изготовления пластин кольцевых клапанов изстали 09 Х 15 Н 8 Ю, при котором заготовки кольцевых пластин вырубают вштампе, производят предварительную 35механическую обработку, нагреваютзаготовки до температуры АС 3, производят закалку пластин под прессоммежду водоохлаждаемыми плитами.После закалки пластины подвергаютокончательной механической обработке, обработке холодом в зажимномприспособлении и старению при450 оС 13 1Однако известные способы не обеспечивают требуемой износостойкостипри достаточном сопротивлении материала ударно-циклическим нагрузкам, После закалки и обработки холодом структура материала пластинпо всему сечению представляет собой.мартенсит в виде пластинчатых кристаллов, содержащих двойники, и остаточный аустенит. В процессе последующего старения происходит упрочнение мартенситной части структуры55и стабилизация непревращенной частиаустенита. Количество остаточногоаустенита в материале после такойобработки зависит от температуры обработки холодом и времени обработки. 60Материал пластин с 10-20 остаточного аустенита обладает хорошей иэносостойкостью, но с повышенной чувствительностью к хрупкому разрушению в условиях динамических нагрузок, Повышение остаточного аустенита до 40- 50 не обеспечивает достаточной иэносостойкости пластинв зонах контакта с седлом, что приводит к износу пластин в данных зонах и служит причиной их замены изза нарушения плотности клапана,Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности и достигаемому результату является способобработки сталей, который включаетповерхностную пластическую деформацию и старение 41,Однако указанная обработки аустенитных сталей не исключает .явленияохрупчивания. Пластины иэ такой стали чувствительны к хрупкому раэрушению в условиях динамических нагрузок. Содержание мартенсита 10-25 в поверхностном слое не обеспечивает достаточной иэносостойкости. Стабильный аустенит срединной части деталей не обладает способностью релаксации напряжений вследствие отсутствия аустенитно-мартенситного превращения при циклических нагрузках и рабочих температурах.Цель изобретения - повышение иэносостойкости и усталостной прочности стаЛей.Поставленная цель достигается тем, что согласно способу обработки сталей, включающем поверхностную пластическую деформацию, старение и отпуск, старение производят при температурах ниже температур начала с(. - р" превращения на 50-100 С.Температурный интервал выбран на основании комплексной оценки показателей прочности (бб ,СГО ) пластичности ф), твердости (Нкс) и усталостной прочности б 4 при температуре 20 С и при рабочих температурах 150-180 фС,В отечественных нержавеющих сталях переходного класса при температурах 150-200 ОС, которые являются рабочими температурами для таких деталей как пластины клапанов, наблюдается явление охрупчивания, Старение, проводимое при температуре ниже температуры начала обратного с 1превращения на 50-100 С, смещают явление охрупчивания материала в область температур 300-350 С, т.е. выше рабочих. Смещение порога хладноломкости в область более высоких температур объясняется деформационным старением. Кроме этого, указанный интервал температур выбран, как обеспечивающий оптимальный уровень показателей прочности (68, Ор ), пластичности ( Д ) и твердости (НКс) при температуре 20 С и рабочих температурах 150-180 С. Старение при укаэанных температурах обеспечивает сравнительно высокуюобласть стабильного остаточногоаустенита при высоких показателях; Д; 1 Ис.Применение поверхностной пластической деформации для сталей переходного класса с последующим старением при температуре ниже температуры обратного о-Ъ 3" превращениявследствие деформационного упрочнения позволяет получить поверхностный слой с содержанием высокодис-персного мартенсита до 90, что обеспечивает высокую износостойкостьповерхности деталей; срединная частьдеталей содержит до 40-60 аустенита, из них 15-20 стабильного остаточного аустенита, что обеспечивает повышение сопротивления материала развитию усталостных трещин засчет способности материала дополнительно претерпевать аустенитно-мартенситные превращения при циклических нагрузках и рабочих температурах, Твердость поверхности слояпластин составляет Нйс 45-48, сердцевины НК 28-32. Применение температур старения ниже указанного интервала не обеспечивает смещенияявления охрупчивания в область более высоких температур.Применение температур старениявыше указанного интервала вплоть дотемпературы начала обратного о .превращения570-600 С) приводитк уменьшению количества стабильного остаточного аустенита вследс;.вие дисперсного твердения, что резко снижает усталостйую прочность материала при рабочих температурах.Вследствие разупрочнения материала резко снижается твердость поверхности, а это приводит к понижению иэносостойкости. Применение температур старения выше температуры обратного а. -превращения, хотя и обеспечивает максимальное количество стабильного аустенита, однако вследствие высоких температур материал разупрочняется, резко снижается твердость поверхности. Поэтому для деталей, работающих при циклических нагрузках и одновременно подверженных износу, наиболее приемлемым является интервал температур старения ниже температур .обратногоо сСпревращения на 50-100 С.Таким образом, старение, йроизводимое после поверхностной пластической деформации, при температурах ниже температур начала с- превращения на 50-100 ОС с последующим отпуском обеспечивает повышение износостойкости и усталостной прочности для сталей преимущественно аустенитно-мартенситного класса.Пример использования способа при изготовлении пластин кольцевых клапанов компрессора 50 ТГЗООс размерами Ф 239/207, 0 = 3+О 1 мм;55 60 65 Испытания образцов пластин осуществляют на установке ИУП, Образцы устанавливают в специальное приспособление, которое позволяет иммитировать условия нагружения пластин клапанов в эксплуатации, База испытаний составляет 110 ф цик.- лов. В .результате испытаний установлено (см. таблицу), что образцы, из готовленные по предлагаемому спосо" бу, имеют более высокий уровень цик лической прочности по сравнению с 9 123/91; Ф = 3+0,1 мм иэ сталиаустенитно-мартенситного класса10 Х 15 НЬХЗ ТУ 14-1-15005-76.Из листа д = 3,9 мм на гильотинных ножницах вырезают квадратные 5 заготовки и производят обработкукомплекта пластин по наружному ивнутреннему диаметрам, соответственно 9 242/205, и 9 125/89, шлифовкуторцов пластин с 2-х сторон с пере ворачиванием на размер 3,5-0,1 мм,размагничивание пластины. Пакетпластин в количестве 5 шт собираютв зажимном приспособлении, нагревают до 107(РС, выдерживают в печив течение 40 мин и закаливают в воде, обеспечивая ее интенсивное перемешивание.Далее производят окончательнуюмеханическую обработку пластинф 239-1,15/207+0,09; ф 123-0,87/91++0,07, шлифовку пластины с многократным переворачиванием в размер3+0,1 мм, размагничивание их.В спецприспособлении на токарномстанке роликовой головкой производят поверхностную пластическую деформацию пластин с 2-х сторон с обеспечением эон 1 мартенситного превращения в поверхности на глубинудо 1 мм, в результате чего пласти- ЗО на по толщине имеет следующие структуры: поверхностный слой с 2-х сторон на глубину до 1 мм - мартенситдеформации с незначительным до 10)количеством остаточного аустенита,средняя часть пластин имеет аустенитную структуру (50-60), причемаустенит неустойчив и при знакопеременных нагрузках превращается вмартенсит.Затем пакет пластин в количестве30 шт набирают в зажимном приспособлении и производят старение при температуре 5 ОООС в течение 2 ч), приэтом в поверхностном мартенситномслое происходит процесс дисперсионного упрочнения, что приводит кповышению твердости поверхностипластин на 8-12 ед по шкале Нк , и,соответственно, к повышению их износостойкости.50 Стабилизацию аустенита среднейчасти пластин производят путем отопуска при температурах 200-350 Св течение 2 ч.1032029 Использование предлагаемого способа изготовления пластин кольцевыхклапанов из сталей переходного аустеритно-мартенситного класса обеспечивает значительное повышение изно состойкости пластин при одновременном повышении их долговечности. Экономический эФфект от использования предлагаемого способа по сравнению с известным составляет 40,0 тыс.руб,в год,Способ изготовления пластин Предлагаемый Известный Число циклов Х 10 Нагрузка., Р10 кг Число циклов М 10 Нагрузка Ъ Р 10 кг15,4 18 17 16 16 14 12 13 10 П р и м е ч а н и е. Обозначение (х) соответствует образцам,прошедшим испытания без разрушения. Составитель А. Денисова Редактор А. Власенко Техреду,Гергель Еорректор А. Зимокосов, Заказ 5332/31 Тираж 568 ПодписноеВНИИПИ Государственного комитета СССРпо делам изобретений и открытий113035, Москва, Ж, Раушская наб д, 4/5 филиал ППП "Патентф, г. Ужгород, ул. Проектная, 4Ф существующим, Образцы без разрушения выдерживают, соответственно, нагрузку 1410 кг и 1110,кг. Эксплуатационная долговечностьпластин, изготовленных по предлагаемой технологии, повышается на25-30 по сравнению с пластинами,изготовленными по существующей технологии базовой),16,3 63,5 235,2 278,7 1000,0 ф М 1000;0