Способ обработки стальных заготовок

З СОжТСКИХ АЛИСТИЧЕСК 511 4 С ВЕННОЙ КОМИТЕТ СИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫ ГОСУДА ПО ДЕЛ ИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИ ВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТ(56) Авторское свидетельство СССРВ 943300, кл. С 21 О 1/02, 1980.(54) СПОСОБ ОБРАБОТКИ СТАЛЬНЫХ ЗАГОТОВО К(57) Изобретение относится к облати термической обработки стальныхзаготовок. Целью изобретения явля 80138117 ется снижение энергетических затрат,Обработку проводят на заготовкахиэ стали Р 6 М 5 диаметром 100 мм двухступенчатым нагревом с выдержкамисначала при температуре выше Ас апотом " низе Ас причем после первого нагрева осуществляют поверхностное охлаждение заготовок в интервал температур М " температура иэотермической выдержки при втором нагреве со скоростью не ниже критической и не меньше 2-5 К/с. Крометого, длительность выдержки при втором нагреве низе Ас, сокращают до20"303 по сравнению с нормативной,а окончательное охлаждение проводятна воздухе. 1 э.п. ф-лы,табл.1 О 15 20 25 30 35 40 45 50 55 Изобретение относится к термической обработке стальных заготовок.Цель изобретения - снижение энергетических затрат.Проводится двухступенчатая обработка. На первой высокотемператур"ной (Т, выше Ас,) ступени осуществляют перекристаллиэацию стали сопровождающуюся измельчением размеразерна с сохранением нераствореннойчасти карбидов, чтобы впоследствииполучить структуру зернистого перлита и не вызвать выделение карбидовв виде сетки.Последующее поверхностное охлаждение проводят до температур в интервале М" температура иэотермической выдержки для переохлажденияаустенита. Более низкие температурынедопустимы в связи с началом мартенситного превращения, а более высокие не создают предпосылок дляускорения распада при иэотермическойвыдержке. Охлаждение проводят соскоростью не меньше критической,чтобы создать по сечению заготовкивозможно больший градиент температур и напряжений и предупредить выравнивание температуры по объему заготовки в процессе охлаждения. Ох"лаждение после первого нагрева осуществляют с помощью вентилятора водовоэдушной смесью путем прерванно"го охлаждения в жидкую среду длявысоколегированных сталей, характе"риэующихся низкой теплопроводностью(особенно для крупногабаритных заготовок) на воздухе со скоростью 2"5 К/мин,При таком охлаждении в заготовкевозникает температурное поле, характеризующееся равенством средне"массовой температуры уровню температур, при котором проводится последующая изотермическая выдержка.При прерывании охлаждения (оптимально в момент, когда Т,Т) заготовки помещают в нагревательноеустройство и осуществляют изотермическую выдержку при температуре Т(650-750 С). Достижение этой темпе"ратуры происходит эа счет тепла,аккумулированного в центральных слоях заготовки и, соответственно, нетребует дополнительных затрат энергии.Кроме гого, эа счет градиентногоохлаждения форсируются процессы рас" пада аустенита и коагуляции карбидных частиц на второй ступени обра"боткиЭто ускорение связано какс более быстрым достижением температур иэотермической выдержки впроцессе выравнивания температурыпо объему заготовки (по сравнениюс нагревом полностью охлаждаемойзаготовки), так и с тем, что переохлажденный аустенит при последующемнагреве склонен к более быстромураспаду эа счет формирования в те"чение инкубационного периода притемпературе охлаждения большего числа предцентров выделения новой фазы,а также эа счет повышения уровня дефектов кристаллической решетки(в частности, вакансий) и формирования определенного поля напряжений(особенно при ускоренном охлаждении).Вместе с тем переохлаждение улучшает теплоотвод от растущей фазына матрицу, так как превращение аус"тенит - перлит идет с выделениемтепла.Ускорение распада аустенита приградиентном ускоренном охлаждениихарактерно не только для переохлажденных поверхностных слоев, но и дляцентральной зоны,Это связано более реэким снижением температуры центральных слоевпри форсированном охлаждении, чтоуменьшает процессы релаксации напряжений вокруг возникающих зародышейновой фазы, кроме того, создаетсяблагоприятное поле напряжений дляраспада аустенита.При ускоренном охлаждении на поверхности формируются растягивающиенапряжения, а в центральной зонесжимающие,Причем чем резче охлаждение,тем достигаются большие значения напряжений, Повышение легированностистали эа счет снижения теплопроводности достигается в том же направлении, При достижении пиковыми напряжениями значений предела текучести материала происходит пластическаядеформация, и общий уровень напря"жений снижается. При этом растягивающие напряжения сохраняются в поверхностной зоне, а сжимающие - вцентральной, При посадке заготовокв нагревательное устройство дляизотермического распада уровень рас"тягивающих напряжений на поверхнос 1381172воздухе. ти и сжимающих в центре снижается еще больше, Растягиваюшие напряжения (согласно принципу Ле-Шателье) активируют и превращение аустенита в перлит, которое идет с увеличением объема. Соответственно ускоряет" ся процесс распада в поверхностном слое. В свою очередь в центральной зоне под действием сжимающих напряжений происходит преимущественное перераспределение углерода и легирующих элементов к дефектам в кристаллической решетке, формируя тем самым будущие центры распада. После протекания фазового превращения в определенном объеме поверхностной эоны (вследствие увеличения объема этик слоев) происходит смена знака напряжений, В результате в цент" ральной зоне, где уже сформировались активные предцентры роста новой фазы, появляется растягиваюшее напряжение. Это приводит к резкой интенсификации превращения аустенита в перлит и в центральной зоне. Таким образом, предлагаемый режим обработки с градиентным (поверхност" ным) охлаждением после первого нагрева обеспечивает повышение скорости распада аустенита (до 20-307) при изотермической выдержке при температуре Т, что позволяет осуществить сокращение длительности выдерж" ки (до 20-307.) с сокращением получаемой твердости на прежнем уровне.Вместе с тем формирование большого числа центров и ускорение процессов распада обеспечивает повыше" ние однородности структуры и уменьшение разброса по твердости. Это в свою очередь создает предпосылки для ускоренного охлаждения заготовок (например, на воздухе или в масле) непосредственно с температуры второго нагрева вместо теплового сначала с печью (до 500 С), затем на П р и м е р, На основе изложенных принципов проведена термическая обработка цилиндрических заготовок из стали Р 6 М 5 диаметром 100 мм.Сравнительные данные по получаемой твердости и длительности (6) отдель. ных операций предлагаемой обработки приведены в таблице. Температуру поверхности и центра измеряли термопарами, среднемассовую температуру 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 подсчитывали. Окончательное охлаждение проводили на воздухе.Скорость охлаждения после первого нагрева должна быть не нижекритической, чтобы предотвратитьраспад по перлитному механизму впроцессе охлаждения, и не менее 25 К/с, чтобы сформировать повышенныйградиент температур по сечению заготовки, обеспечивающий интенсифи,кацию процессов превращения при нагреве на второй стадии,Снижение скорости охлаждения (посравнению с рекомендуемой) послеопервой стадии нагрева до Т, =850 С(режим 2) приводит к большому выравниванию температуры по сечениюи снижению переохлаждения поверхности заготовки. Соответственно пони"жается эффект интенсификации процессов на второй стадии отжига (выдержка ниже А ,) от градиентного охлаждения на первой стадии. Увеличение скорости охлаждения усиливаетвыявленный эффект (длительность второй стадии сокращается) и поэтомуявляется допустимым. Однако диспер"сия по твердости увеличиваетсяЭтосвязано с некоторым уменьшением глу"бины переохлажденного слоя. Для получения более однородной твердостии минимизации времени отжига целесообразно проводить охлаждение соскоростью не ниже 2"5 К/с.Формула и э о б р е т е н и я1, Способ обработки стальных заготовок, включающий нагрев выше Асвыдержку, охлаждение со скоростьювыше критической до температур выше М, нагрев до температуры нижеАс изотермическую выдержку дляраспада аустенита и окончательноеохлаждение, о т л и ч а ю щ и й с ятем, что, с целью снижения энергетических затрат, после нагрева заготовки выше Ас, ведут охлаждение только поверхности заготовки до М- температура изотермическай выдержки втечение времени, необходимого длядостижения среднемассовой температуры, равной температуре изотерми"ческой выдержки, и проводят выдержку для выравнивания температуры посечению,2. Способ по по. 1, о т л и ч аю щ и й с я тем, что окончательноеохлаждение проводят на воздухе.1381172 Сравнительные данные по длительноститермическойобработки, твердости и энергетическим эатратам Параметры охлалщения о ф цо 3 сО с) ш ффэа о, е о х М о о