Способ термической обработкизаэвтектоидных сталей

и,831809 Союз СоветскихСоциалистическихРеспублик ОП ИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ(5 )М. Кя. С 21 О 1/04 С 21 0 1/78 3 Ьфударатвакивй каеитвт ьСФР ао далем изабратеиий н аткрытий(53 ) УДХ 621. 785. .79(088.8) Опубликовано 23. 05 . 8 1,. Бюллетень 1 тЪ 1 9 Дата опубликования описания 26.09.81 А.В, Кулемин, С.З, Некрасова, Р.И,Энтит, В А,- Мешалкин,А,Г. Сучков, Я.И. Спектор и Ю.Й. Яценко).Центральный научно-исследовательский институт чернойметаллургии им.И,П,Бардина, Украинский )таучно-исследовательскийинститут специальных сталей, сплавов и ферросплавови Московский ордена Ленина и ордена Трудового КрасногоЗнамени металлургический завод "Серп и Молот".(54) СПОСОБ ТЕРМИЧЕСКОЙ ОБРАБОТКИ ЗАЭВТЕКТОИДНЫХ СТАЛЕЙ Изобретение относится к машиностроению и может быть использованопри термической обработке заготовокили готовой продукции из заэвтектоидных стгчей для устранения в иих карбидной сетки и получения при этомструктуры зернистого перлита,Известен способ сфероидизирующейобработки заэвтектоидной стали, предусматривающий устранение карбиднойтОсетки и заключающийся в нагреве сталидо температуры на 30-40 С выше Аст,выдержке при этой температуре дляполного прогрева и аустенитизациии последующем медленном охлаждении,1обеспечивающим распад аустенита вобласти высоких температур Щ .Однако данный способ характеризуется большой продолжительностьюобработки (примерно 20 ч) и не обес"печивает полного устранения карбидной сетки (балл выше 4),Известен также способ термическойобработки заэвтектоидных сталей,направленный на устранение карбидной сетки и сокращение общей продолжительности обработки, заключающийся в нагреве стали токами высокой частоты до температур на 150-250 С вышео Ас в течение 30-200 с и последующем охлаждении на воздухе или в жид" кости, в зависимости от диаметра обрабатываемого изделия 1.21.Однако такой режим электровермической стали не обеспечивает структуры со сфероидизированиыми карбидами и твердости, удовлетворяющей требованиям ГОСТа 801-60 (в частности для ШХ 15-179-207 НВ), поскольку одно. кратный электронагрев в. сочетании с охлаждением на воздухе приводит к структуре пластиночиого или точечного перлита, обладающей повьииенной твердостью,Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности и достигаемому результату является способ термической обработки заэвтектоидных30 Наложение на обрабатываемое изделие ультразвуковых колебаний с ампли 45 тудой деформации К,) выше некоторой пороговой, т.е. с такой амплитудой, при которой напряжения ( = ЕЯ ) превышают критические напряжения, необходимые для движения и размножения дислокаций и их взаимодействия, вслед 50 ствие которого образуются точечные дефекты (вакансии), позволяет изменить режимы обработки в сторону сокращения ее продолжительности. Это15 обусловлено тем, что наложение ультразвуковых колебаний приводит к образованию повышенной концентрации несовершенств кристаллического строения 3 83180сталей заключающийся в двухстадийномнагреве обрабатываемого изделия. Пер-вый нагрев стали направлен на устранение карбидной сетки, второй - наполучение структуры и твердости, отвечающих требованиям ГОСТ 801-60.Способ предусматривает ускоренныйнагрев стали до 900-1009 С, т.е,выше А , вЫдержку, ускоренное охлаждение до температур ниже А, например до 600 СС, вьдержку при этойтемпературе, повторный нагрев до780 ОС, т.е, выше Ас,1, выдержку приэтой температуре и последующеезамедленное охлаждение со скоростью 1515-20 оС(ч до комнатной температуры 1.3.1,Однако хотя такой режим термической обработки заэвтектоидных сталейобеспечивает получение требуемойструктуры и твердости и позволяет 20устранить карбидную сетку, 1 он характеризуется большой продолжительностью (15 ч)Цель изобретения " сокращение продолжительности обработки и устранениеповторного нагрева.Поставленная цель достигается тем,что охлаждение после аустенитиэацииведут с одновременным наложениемультразвуковых колебаний, а послеизотермической выдержки при температуре ниже Ас на 20-30 С сталь ускоренно охлаждают до комнатной температуры, Кроме того, наложение ультразвуковых колебаний осуществляют с 35ампЛитудой деформации выше пороговыхзначений в интервале 3,5 к 10 1 -3,5 к 10,Охлаждение после аустенитизации ипосле выдержки при температуре нижеАс 4, которую осуществляют в течение 4015-40 мин ведут соответственно соскоростью в 5-25 и 6-160 оС/мин. 9 4(дислокации, вакансии), в результатечего ускоряется дробление карбиднойсетки и последующие сфероидизацииостатков карбидной сетки и карбидовперлита.В таблице представлены минимальный, максимальный и оптимальный режимы термической обработки заэвтектоидных сталей (не исключающие другихвариантов их осуществления),Предлагаемый способ термическойобработки опробован в полупромышленных условиях ЦНИИчермета на образцахиз горячекатаного подката стали ШХ 15диаметром 8 мм и длиной 100 мм соструктурой, состоящей из пластинчатого перлита и тонкой карбидной сетки,твердость которых составляла НВ 388401. Химический состав стали 7,: углерод 17; хром 1,77; кремний 0,25%;марганец 0,37., никель 0,27, молибден0,047, железо - остальное, Наложение ультразвуковых колебаний частотой 19,6 кГц осуществляли, используянепосредственный акустический контакт колебательной системы с торцом образца с амплитудой 10,5-105 микрон, что соответствует амплитудедеформации в интервале 3,5 1 О "3,510. Нагрев стали производилис помощью индукционной печи, а охлаждение - сжатым воздухом.Предлагаемый способ термическойобработки осуществляется следующимобразом.Заэвтектоидную сталь, напримеро ШХ 15 нагревают со скоростью 150 С/мин до температуры на 100 - 200 С вью ше Ас (800 С), т.е. до 900-1000 С. Нагрев до температур ниже 900 нео обеспечивает полной аустенитиэации, в то время как нагрев выше 1000 ОС приводит к большому росту зерна и ухудшению свойств.При достижении 900-1000 С стальО подвергают выдержке в течение 10-.20 мин. Выдержка продолжительностью менее 10 мин приводит к недостаточной аустенитизации, а при выдержке продолжительностью более 20 мин возможно обезуглероживание стали.После выдержки сталь со скоростью 5-250 С/мин охлаждают до 710-720 С, т,е. ниже Ас на 20-30 С, с одновременным наложением ультразвуковых колебаний при амплитуде деформации выше5 8пороговых значений в интервале3,5 ч 10 -3,5 х 10 ,Наложение ультразвуковых колебаний с амплитудой деформации менее 3,5 М 10не позволяет устранить карбидную сетку и сократить продолжительность обработки, так как в струк. - туре стали при таких амплитудах не, образуются несовершенства кристаллического строения дислокации, вакансии), в то время, как при амплитудах деформации более чем ",5 х 10 происходит усталостное разрушение изделия. Охлаждение стали до температур, выходящих из указанного интервала, не обеспечивает получение требуемой структуры и не позволяет сократить продолжительность обработки. Это обусловлено тем, что при охлаждении до температур выше 720 оС замедляется перлитное превращение согласно диаграмме изотермического превращения обрабатываемой стали), а при охлаждении до температур ниже 710 оС замедляются диффузионные процессы, вследствие чего замедляется и сфероидиэация карбидов. Охлаждение стали со скоростью более 25 оС/мин в условиях ультразвукового воздействия не обеспечивает протекания в достаточной степени дробления карбидной сетки и процессов сфероидизации карбидов, а нри охлаждении со скоростью менее Режим Операция минимальный максимальный оптимальный 100015020720 9501505715 90050О710 Скорость охлаждения,РС/минАмплитуда деформации 161,9 к 0 53,5 кО 25 3,5 кО"(по шкале В 6 ГОСТ 80160) Общая продолжительностьобработки , мин 31809 65 фС/мин возможно усталостное разру-шение образца.При достижении 713-720 ОС стальдля сфероидизации раздробленной карбидной сетки подвергают иэотермической выдержке в течение 15-40 мин. Продолжительность выдержки определяется временем превращения аустенитав перлит. Выдержка продолжительностью 1 Р более 40 мин нецелесообразна, таккак к этому времени уже происходитполное превращение аустенита в перлит,в то время как выдержка в течениеменее 15 мин не обеспечивает в доа таточной степени сфероидизации раздробленной карбидной сетки и карбидовперлита.После вьдержки при температуреАс сталь со скоростью 65-60 оС/мин 0 охлаждают до комнатной темературы.Охлаждение стали со скоростью более160 оС/мин не обеспечивает в достаточной степени завершения процессовсфероидизации, в то время как охлаж дение со скоростью менее 65 ОС/минявляется ие елесообразным.Предлагаемый способ являетсяболее эффективным с точки зренияпродолжительности обработки, Так, ЭР обработка изделия по известному способу длится 15 ч, по предлагаемому33-124 мин, что позволяет в течениеодного года сэкономить 715000 руб.831809 Формула изобретения 1. Способ термической обработки заэвтектоидиых сталей, включающий нагрев выше Ас , выдержку, охлаждение до температуры нижне Ас, на 20-30 ОС, выдержку и окончательное охлаждение, о т л и ч а ю щ н й" с я тем, что, с целью сокращения продолжительности обработки при устранении карбидной сетки, охлаждение, после аустенитизации ведут с одновременным наложением ультразвуковых колебаний, а после выдержки при температуре ниже Ас на 20-ЗФС 1 з сталь ускоренно охлаждают до комнатной температуры.2. Способ по п. 1, о т л ич а ю щ и й с я тем, что наложение ультразвуковых колебаний осуществляют о с амплитудой деформации выше пороговых значений в интервале 3,5 х 10 "- 3, 5,х 10 83. Способ по пп. 1 и 2, о т - л и ч а ю щ и й с я тем, что охлаждение после аустенитизацни ведут со скоростью 5-21"С/мин.4. Способ по пп. 1-3, о т л и - ч а ю щ и й с я тем, что выдержку при температуре ниже Ас на 20-30 б осуществляют в течение 15-40 мнн.5. Способ по пп. 1-4, о т л ич а ю щ и Й с я тем, что окончательное охлаждение ведут со скоростью 65-160 с/мин. Источники информации,принятые во внимание при экспертизе1. Раузнн Я.Р. Термическая обработка хромистой стали, И., Иашгиз,1963, с. 62-63,2. Авторское свидетельство СССРВ 2796767 кл С 21 О 1/32 в 19673. Рауэин Я.Р. Термическая обработка хромистой стали. М., Машгиз,1963, с, 88.Составитель А. ДенисоваРевактов И. Николайчук Техвел Ж,Кастелевич Корректор М.ШарошнЗаказ 7322 Тираж 618 ПодписноеВНИИПИ Государственного комитета СССРпо делам изобретений и открытий113035 Москва, ЖРаушская наб. д. 45Филиал ППП "Патент", г. Ужгород, ул. Проектная, 4