Способ изготовления изделий из аустенитной стали

союз соВетскихСОЦИАЛИСТИЧЕСКИХРЕСПУБЛИК я)5 С 21 0 8/06 ГОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНОЕВЕДОМСТВО СССР(ГОСПАТЕНТ СССР) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИ АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВ(71) Томский филиал Института структурноймакрокинетики АН СССР(54) СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ИЗДЕЛИЙИЗ АУСТЕНИТНОЙ СТАЛИ Изобретение относится к области металлургии, в частности к способам обработки металлов и сплавов давлением.Цель изобретения - повышение технологической пластичности при формообразуюЩей деформации путем перевода стали в сверхпластическое состояние.Поставленная цель достигается тем, что при изготовлении иэделий из высокоазотистой стали проводят закалку на твердый раствор, холодную пластическую деформацию с обжатием 50, после которой осущестВляат формообразующую деформацию при температуре 850-900 С в скоростном интервале 3 10 - 5 10 з с 1.Холодная пластическая деформация й последующая формообразующая деформацйя в температурном интервале 850-900 С в условиях действующих напряжений обеспечивает быстрое образование структуры типа микродуплекс. Сформировавшаяся ультрадисперсная структура с размером порядка одного микрона у -аустенита и 0,1-0,5 мкм.БО 1807084(57) Использование: изобретение относится к области металлургии и позволяет резко увеличить пластичность, снизить деформирующие напряжения и исключить старение без потери служебных свойств. Сущность; способ позволяет совместить в едином цикле сверхпластическую деформацию и термическую обработку, обеспечив при этом высокую степень автоматизации процесса. Деформацию осуществляют сразу после хо- . лодной пластической деформации при температуре 850-900 С в скоростном интервале Зф 10 - 510 с . 2 ил,карбонитридной фазы Ме 2(С,М) характери- ф эуется устойчивым пластическим течением в заявляемых температурно-скоростных интервалах деформирования,Поскольку ресурс технологической пла- СО стичности резко возрастает и составляет С (д = 400), а деформирующие напряжения 4 падают на порядок и больше (оЬ= 20. С) МПа), то в этих условиях изделие любой, Со сложности формы можно изготовить за одну,фъ, операцию без промежуточных рекристалли- зационных отжигов, Кроме того, учитывая специфику комплексных реакций рекри- д сталлизации и распада, присущих этомуклассу материалов, а также термическую стабильность сформировавшейся в начальные этапы СПД микродуплексной структуры,уровень прочностных свойств после заявляемой обработки остается высоким и поэтому отпадает необходимость в проведении заключительной операции дисперсиониого твердения.Для обоснования заявленных и запредельных параметров предлагаемого способа сверхпластической деформациипроведен сравнительный анализ пластичности, деформирующих напряжений и коэффициента скоростной чувствительностинапряжения течения в широком температурно-скоростном интервале деформирования и в сравнении с известным способомобработки (см.таблицу). Из представленных 10данных видно, что наибольшие значенияпластичности, резкое снижение деформирующих напряжений наблюдается в температурном интервале 850-900 С при скоростяхдефо 4 рмирования, находящихся в интервале 15310 - 510 сСнижение температуры испытания ниже 850 С выводит исследуемую сталь из режима СПД, при этом возрастаютдеформирующие напряжения, а пластичность падает. Повышение температуры выше 900 С приводит к огрублению структуры,росту зерна и размеров частиц карбонитридной фазы, такая деградация структурыприводит к неустойчивому течению, локализация деформации с образованием шейки.Также при температуре выше 950 С начинается процесс интенсивного порообразования. Таким образом, эти факторы необеспечивают высокую повторяемость результатов испытания.Рассмотрим выбор оптимального скоростного интервала проявления СПД. Иэпредставленных данных видно, что при повышении степени деформации более чем 355 10 з с происходит снижение технологической пластичности и возрастание деформирующих напряжений. Однако при этомнужно отметить следующее; в наших экспериментах деформация осуществлялась растяжением, Как отмечается во многихработах, переход к другим схемам деформирования, например осадке или объемнойытамповке, сдвигает Область сверхпластической деформации в сторону более высоких скоростей, приближающихся кскоростному диапазону серийных гидравлических прессов,Уменьшение скоростей деформирования ниже 510 с 1 также приводит к некоторому снижению технологическойпластичности. Хотя ресурс пластическихсвойств достаточно высок, но иэ-эа низкихскоростей деформации, приближающихся кскоростному интервалу ползучести, испольэование на практике ОМД таких скоростей. нецелесообразно, Наиболее полно реологическое поведение материала в режиме СПД отражает показатель (в) скоростной чувствительности к напряжению течения, Анализ графических данных (фиг,1) также подтверждает правильность выбранного скоростного интервала деформирования. Таким образом, выбранный скоростной интервал лежит в достаточно широкой области и составляет 3 10 4 - 510 с 1.Для обоснования степени предварительной холодной деформации перед СПД были выбраны два структурных состояния. Первое - состояние пересыщенного твердого раствора, полученного закалкой от 1200 С. Этому состоянию соответствуют высокие деформирующие напряжения а Х 1000 МПа, относительное удлинение составляет д =20-30;, а высокая степень деформационного упрочнения быстро исчерпывает при формоиэменении ресурс пластичности, При последующем старении в интервале 650-900 С интенсивно развивается прерывистое выделение карбонитридов хрома Сг 2(С,М) очень грубой дисперсности, при этом пластичность падает до 1-3, а также происходит падение прочностных свойств, При высокотемпературной деформации (750-950 С) пластичность несколько возрастает, деформирующие напряжения снижаются, однако крупное зерно (О50 мкм) и неблагоприятная морфология карбонитридной фазы не обеспечивают сверхпластического течения. Наблюдается сильная локализация деформации, в приграничных районах и на межфазных границах образуются поры, в результате слияния которых формируется магистральная трещина, приводящая к разрушению,Реализовать высокую технологическую пластичнось при низком сопротивлении деформирующим напряжениям возможно путем перевода стали в сверхпластичное состояние, Это достигается проведением холодной пластической деформации со степенью обжатия деформации я50, При последующем формоизменении в заявляемом температурно-скоростном интервале в самом начале процесса быстро развиваются и одновременно протекают комплексные реакции рекристаллизации и распада с формированием структуры типа микоодуплекс. Для исследуемой стали, чем выше степень холодной пластической деформации, задаваемой перед СПД, тем дисперснее микро- дуплексная структура и устойчивее пластическое течение, а тем самым выше ресурс тЕхнологической пластичности, В услоциях СПД для температурного интервала 850-900 С не наблюдается существенногоогрубления структуры,так как карбонитридные частицы, расположенные в тройных1807084стыках зерен, оказывают эффективное тор- ступенчатого изменения скорости деформамозящее влияние миграции границ и росту ции. По результатам испытания определялизерна. относительное удлинение после разрыва,Свойства стали после предложенного характеризующего ресурс пластичностиспособа обработки остаются высокими. 5 дф) и предел прочности о(МПа). СлужебСопоставительный анализ с прототи- ные свойства изделий оценивали по резульпом показывает, что заявляемое техниче- татам измерения микротвердости (Ни ) приское решение отличается тем, что нагрузке 100 г.формоизменение при СПД проводят при Для реализации известного способатемператузое 850-900 С и скорости дефор прототипа) образцы закаливали в воде смации 10 - 10 с, Формоизменение в 1200 С (выдержка 5 мин), прокатывали соусловиях сверхпластичности становится степенью обжатия 50-70 и подвергали девозможным проводить за одну операцию формированию со скоростью 10 -10 сглубокой вытяжки, штамповки и прочих опе- Для реализации предложенного спосораций ОМД. учитывая, что для высокоазоти ба образцы закаливали в воде с 1200 С (выстой стали впервые установлен эффект держка 5 мин), прокатывали при комнатнойсуществования сверхпластичности и опре- температуресостепеньюобжатия 50-80 иделены оптимальные температурно-скоро- подвергали формообразующей деформациистные интервалы его существования, в температурном интервале 850-900 С сосчитаем, что заявляемое техническое реше скоростью а = 3.10- 5 10 з с 1.ние соответствует критерию изобретения Полученные результаты сведены в таб"новизна". Принципиально важным являет- лицу,ся то, что в процессе сверхпластической де- На фиг, 1 и 2 показаны зависимостиформации одновременно с течением деформирующих напряжений о(1), показа-.материала осуществляется формирование 25 теля скоростной чувствительности к напряструктуры типа микродуплекс с ультромел- жению течения в (2) и относительногоким зерном, при обеспечении высокого ре- удлинения б (3) от скорости деформации ксурса пластичности и. резком снижении (с),деформирующих напряжений. Это позволя) Тспд = 850 С, е = 50;ет использовать менее сложное оборудова 2) Тсдд = 900 С, е = 50.ние и более дешевую штамповую оснастку.Положительный эффект состоит в Реэ- Реэультаты свидетельствуют о несомком увеличении пластичности, снижении де- ненном преимуществе предлагаемого споформирующих напряжений без потери соба сверхпластической деформации послужебных свойств. Эффект достигается за 35 сравнению с известным, Действительно,счет проведения формоизменения в услови- сталь при сверхпластической деформацииях сверхпластической деформации, более чем на порядок обладает лучшей техП р и м е р. Плоские заготовки толщиной нологической пластичностью,3 мм из сплава Х 18 АГ 15 Н 7 Ф, имеющегоВ известном способе д=95-160, вследующий химический состав, мас.: Сг 40 предлагаемом д =350-400. Кроме того, в18,2; Мп 14,6; й 7,01; Я 0,56; Ч 0,9; С 0,07; обнаруженном температурно-скоростномИ 1,14; Ре - остальное, закаливали в воде на интервале СПд наблюдается резкое снижетвердый раствор при 1200 фС в течение 5 ниедеформирующихнапряжений(виэвестмин и прокатывали в холодную с различны- ном способе о, = 90-200 МПа), впредложенном оЬ = - а. Это резкоми степенями обжатия. Образцы для иссле пред оженном ОЬ = 15-20 Мп ). Эдования вырезали вдоль направленияпрокатки, они имели следующие размеры;длина 10 мм, ширина 5 мм, толщина 0,35 м, фор ы принос, обеспечивает более точное заполнениеформы при объемной штамповке. Сл жебатно ные свойства стали после СПД не. уступаютИспытания на растяжение при комнатнойтемпературе проводили и и ско ости еформирования е = 5 10 с", а при темпера-,ер туре Р д . орос де 50 свойствам после известной обработки;Таким образом, приведенные .данныена т овке 1246 Р 2/2500 в вак ме у ед"е.ьно доказывают преимуществапостоянства в ходе Растяжения была неР тур " поддержания ее 55 Способ изготовления изделий из а стел из аустех же 1 О ок тнитной стали, преимущественно высокоазохуже1 С. Показатель скоростной тистой, включающий закалк, холо н ю .ительности ржея тече пластическпластическую деформацию со степеня1807084 при температуре нагрева, о т л и ч а ю щ и- ности, нагрев ведут до 850900 С, а дефо(чй с я тем, что,с целью повышения пластич-. мацию со скоростью 3 10 - 5 10 с . показатели текнологическй пластичности, )к (е числителе) и деформирующим напряжение, апа (а знаменателе) евиснмости от режимов СПД Тим, ЯС Ско тъ 5 1 О 10 310 5 1 О 5 10 5 1 О 35/200 20/140 15/110 40/160 25/150 20/130 30/320115/280140 2 Предложени.мд180/10 210 10 11 158 0 80 60/69 310/12 320/14 о 40 аф уоф О СостаТехред дактор Т.Иванова Корректор С.Юско Заказ 1361Тир ВНИИПИ Государственного 113035, Подписноемитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССРсква, Ж, Раушская наб., 4/5 Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул, Гагарина, 1 СпособПрототип 800 1000 1050 800 1000 1050