Способ химико-термомеханической обработки стальных изделий

СОЮЗ СОВЕ ГСКИХСОЦИАЛИСТИЧЕСКИХРЕСПУБЛИК 9) (11) 80797 А САНИЕ ИЗОБРЕТЕН(21) 4727 (22 04.0 (46) 30.09 (71) Доне (72) В.И, ков и Е.Г (53) 621. (56) Авто М 14200 нститутП.Мамрю ХАНИЧЕЗДЕЛИЙ ормациони химикоеменно и ллургии и ния - поеньшение окой изношение прочнокоробления изии высокой а схема режима ие основныхлео температуры т в горячем расГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМПРИ ГКНТ СССР К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТ 610/028.89(54) СПОСОБ ХИМИКО-ТЕРМОМЕ СКОЙ ОБРАБОТКИ СТАЛЬНЫХ И (57) Изобретение относится к деф но-термической обработке стали термической обработке одновр может быть использовано в мета машиностроении. Цель иэобрете вышение прочности на изгиб ум коробления при сохранении выс Изобретение относится к деформационно-термической обработке стали с изменением химсостава и может быть использовано в кузнечных, кузнечно-прессовых и кузнечно- термических цехах трубных, металлургических и машиностроительных заводов при производстве изделий из среднеуглеродистых конструкционных сталей типа валиков, осей, валов, пластин, заготовок шестерен и дрыт Цель изобретения - пов сти на изгиб и уменьшение делий . при сохранен износостойкости поверхносНа чертеже представлен предлагаемого способа,5 С 23 С 8/20, С 21 О 8/00 состойкости поверхности. Для этого междеформационные паузы и ускоренное охлаждение изделий после деформации проводят после истечения последеформационной паузы, рассчитываемой по формуле: Г =а+ 0,5 х, где а=1 для углеродистых сталей, а=2 для низколегированных сталей; а=З для средне- легированных сталей, х - суммарное содержание основных легирующих элементов, ,. с последующим охлаждением до температуры Мн+(10 - 40) С, затем выдерживают в горячем расплаве до распада аустенита во внутренней зоне, не подвергнутой насыщению углеродом, с последующей закалкой поверхностной насыщенной зоны на воздухе и отпуск. Это позволяет повысить прочность на изгиб, уменьшить коробление при сохранении высокой износостойкости поверхности. 1 ил., 2 табл,Согласно предлагаемому способу изготовления изделий, включающему насыщение углеродом, дробную деформацию, например, ковкой, штамповкой с регламентируемыми междеформационными паузами и окончательную термообработку, ускоренное охлаждение изделий после деформации проводят по истечении последеформационной паузы, равной:т=а+05 хгде а=1,2 и 3 соответственно для углеродистых, низколегированных и среднелегированных сталей;х - суммарное содержангирующих элементов, , дМн+(10 - 40) С, выдерживаюплаве до распада аустенита во внутреннейзоне, не подвергнутой насыщению углеродом, на бейнитную структуру с последующей закалкой поверхностной насыщеннойзоны на воздухе и отпуск,Благодаря тому, что ускоренное охлаждение заготовок производится по истечении последеформационной паузы (г), непревышающей в среднем для углеродистыхсталей 2 с; для низколегированных - 4 с; длясреднелегированных - 6 с, за столь короткоевремя не успевают пройти процессы собирательной рекристаллизации, способствующие разупроцнению стали, т.е. необходимосохранить дефектность структуры после деформации, При последеформационной паузе, выходящей за заявляемые параметры(г), происходит разупрочнение, сопровождающееся ростом зерна аустенита иполучением грубодисперсной структуры,резко снижается комплекс механическихсвойств, т.е. не достигается цель изобретения.Коэффициенты 1,2 и 3 для а обеспечивают эти характеристики, Ускоренное охлаждение до температуры Мн+ (10 - 40)ОС свыдержкой при этой температуре в горячемрасплаве до распада аустенита способствует образованию в структуре исходной заготовки бей нитной структуры,способствующей повышению изгибнойпроцности сердцевины и снижению коробления за счет исключения повторного нагрева под закалку при достижении высокойповерхностной износостойкости,Дальнейшее охлаждение изделия докомнатной температуры даже при охлаждении на воздухе способствует образованиюв поверхностной насыщенной зоне с содержанием С 0,9 - 1,10 структуры мартенситаи, соответственно, высокой поверхностнойизносостойкости.П р и м е р. Для осуществления способаизготовления изделий из среднеуглеродистых конструкционных сталей, а именнопластин цепей для транспортировки труббольшего диаметра, берут заготовки размеромф 40 х 120 мм из сталей 45, 40 Х и 40 ХНМс содержанием С 0,39 - 0,44 О и содержанием остальных элементов, соответствующихмарочному составу. Заготовки нагревают вгазовой цементационной печи до температуры цементации 920 - 930 С, выдерживают. до насыщения поверхности углеродом до0,9 - 1,00 в течение 9 ч. После этого непосредственно с температуры насыщения заготовки переносят иа пресс и производятгорячую пластическую деформацию штамповкой в три приема с регламентированноймеждеформационной паузой 2 - 3 с. Общая степень деформации 75, Готовые пластины имеют размеры 10 х 40 х 200 мм, После последнего удара производят ускоренное охлаждение пластин в расплаве солей по истечении последеформационной паузы, равной для стали 45 1 + 0,5(0,22+ 0,68 + 0,15++ 0,5(0,26+ 0,74+ 0,90+ 0,17) = 3,4 с; для стали 40ХНМ -3+ 0,5 (0,23+ 1,11+ 1,44+ 0,18) = 4,48 с, до 10 температур 370, 350 и 320 С с выдержкамипри этих температурах до распада аустенита в исходной внутренней зоне на бейнитную. структуру в течение.1 О с; 5 и 20 мин соответственно, а затем охлаждают на воздухе до 15 20 - 25 ОС для получения в поверхностномнауглероженном слое структуры мартенсиата и производят отпуск при 180 - 200 С.После такой обработки твердость поверхности составляет 60 - 62 НВС, а серцевины - 20 42 - 50 НВС (в зависимости от марки стали).Для сравнения готовят пластины изсталей 45, 40 Х и 40 ХНМ по способу термомеханической обработки металлических изделий, принятому в качестве прототипа 25 ЗО354045 50 Берут заготовки из стали 45 размером 40 х 120 мм, нагревают в цементационной печи до 920 - 930 С и выдерживают до получения С 0,8 - 1,2 О в течение 9 ч. После этого производят штамповку с регулируемой междеформационной паузой 2 - Зс затри удара и общей степенью деформации 70. Готовые отштампованные пластины после последнего удара пересаживают в соляную печь- ванну с температурой 660 - 680 С и выдерживают в течение 25 - 30 мин, Затем пересаживают в другую печь-ванну с температурой 800 - 820 С, выдерживают в течение 3,5 мин, закаливают в соленой воде и отпускают при температуре 200 - 210 ОС втечение 1 ч, Твердость поверхности составляет 59 - 61 НВС, а сердцевины - 52 - 58 НВС.Повышенная твердость серцевины объясняется малым сецением изделия (10 мм), которое полностью прокаливается в подсоленной воде. Следовательно, такая обработка повышает хрупкость серцевины, цто приводит к снижению изгибной прочности, а повторный нагрев под закалку увеличивает коробление, Аналогично проводят обработку сталей 40 Х и 40 ХНМ.В табл.1 приведен химический состав среднеуглеродистых конструкционных сталей, описанных в примере,Пример расчета последеформационныхпауз этих сталей по формуле г = а + 0,5 х:1680797 Таблица 1 ица Полученные результаты киологические параметры Удельна износо" Посл дефо цион пауз (т),эф Температура Струкизотермической серпвыдеркки, С-1+0,5 фзбн+ мп+ Сг+ В) -1+ + 0,5 (0,22+ 0,68+ 0,15+ 0,25) = 1,65 с;сталь 40 Х.Т+0,5 ф 31+ 6 Мп+ Сг+ 6 Си) -2+ 5 +0,5 (0,26+ 0,74+ 0,90+ 0,17) = 3,4 с;сталь 40 ХНМ:,к =3 + 0,5 ( 9 +;6 Сг + 6 й+ 6 Мо ) - 3 + +0,5 (0,23+ 1,11+ 1,44+ 0,18) - 4,48 с.При округлении полученных значений до целого числа в большую сторону получают паузы, не превышающие значений 2,4 и 6 с,соответственно для каждой группы марок сталей, Следовательно, если даже учитывать химические элементы, присутст вующие в сталях и необходимые для ведения процесса плавки металла, получают последеформационную паузу для всех групп сталей, не превышающую паузу, приведенную в заявляемом техническом реше нии.с Более упрощенно последеформационную паузу можно рассчитывать, учитывая только основные легирующие элементы, которые указаны в самой маркировке, т.е,: 25сталь 45: г = 1 + 0,5 0 = 1 с;сталь 40 Х. т = 2 + 0,5 1= 2,5 с;сталь 40 ХНМ: т= 3+0,5(1+ 1+0,2) =4,1 сТакой грубый расчет поэводляет ориентировочно рассчитывать длительность последеформацион ной паузы для определенной группы марок сталей.В табл,2 приведены сведения об изделиях, обработанных предлагаемым и известным способом, 35 Результаты сравнительных испытаний показывают, что иэделия, обработанные предлагаемым способом, обладают более высокими служебными свойствами, повышенной прочностью на изгиб, минимальным короблением при сохранении высокой иэносостойкости поверхности.Формула изобретения Способ химико-термомеханической обработки стал ь н ых изделий и реимущественно из среднеуглеродистых конструкционных сталей, включающий поверхностное насыщение углеродом, дробную деформацию с регламентируемыми междеформационными паузами и окончательную термообработку, о т л и ч а ю щ и йс я тем, что, с целью повышения прочности на изгиб и уменьшения коробления при сохранении высокой износостойкости поверхности, междеформационную паузу проводят в течение времени т, определяемого по следующему соотношению:т =а+0,5 х,где а= 1,2,3 соогветственно для углеродистых, низколегированных и среднелегиро.ванных сталей;х- суммарное содержание основных легирующих элементов, а в качестве окончательной термообработки проводят охлаждение до температуры М,+(1 0 - 40)С, выдержку в горячем расплаве до распада аустенита в ненасыщенной внутренней зоне на бейнитную структуру с последующей закалкой поверхностной насыщенной эоны на воздухе.1680797 Продолжение табл,2 Номе Технологические параметры Полученные результаты Структурасердцевины Коэф Коэф05 ТемператУраизотермическойвыдерккн С Коробленне, мм Мзгнбнаяпрочность,П/ммк Удельнаяизносостойкостьмм/ч 1 О 05 4,0 4,00 Мн + 20350 Б 24 О 2, 11 2, 18 400 Мн + 40 д 370 Б 4,0 0,5 2345 0,07 4,0 4,00 М330 0,50,90 2,01 тип П р и м е ч а н и е, М - мартенсит; Б - бейнит; М - начало мартенситного превранення. евши сми Составитель О. ЖариковаТехред М.Моргентал Корректор М. Кучерява едактор М. Петро Тираж 547ственного комитета и 113035, Москва, Жаказ 3287 ВНИИПИ оиэводстг о-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул.Гагарина,2 2,0 3 2,0 4 2,0 5 2,0 1 3,0 2 3,0 3 3,0 4 3,0 5 30 Протот Последеформационная паузас Подписноезобретениям и открытиям при ГКНТ СССРРаушская наб 4/5