Способ термической обработки углеродистых аустенитных сталей

Наиболее близким к предлагаемому является способ термической обработки углеродистых аустенитных сталей, преимущественно высокомарганцовистых, включающий двойной отжиг, второй из которых проводят при температуре, превышающей на 50-80 С температуру А , и закалку на аустенитнокарбидную структуру. При этом первый отжиг проводят при температуре на 100-160 С ниже А а после второго отжига сталь закаливают на мартенситнокарбидную структуру. Этот способ термообработки позволяет получить в углеродистых аустенитных сталях, преимущественно в высокомарганцовистых, аустенитно-карбидную структуру с метастабильной аустенитной основой. Получение метастабильной основы у высокомарганцовистых (стабильных) сталей обеспечивают за счет обеднения аустенита марганцем и углеродом, которое производят в процессе термообработки путем перевода этих элементов в карбиды, Наличие метастабильного аустенита в основе строения стали повышает износостойкость за счет того, что мета- стабильный аустенит обеспечивает упрочнение поверхностных слоев стали в процессе изнашивания в значительно большей степени, чем стабильный, особенно с обогащением аустенита углеродом и обеднением марганцем, Это связано с тем, что метастабильный аустенит при деформации подвергается не только наклепу, как это происходит со стабильным аустенитом, но и, в отличие от него, превращается частично в высокотвердую и износостойкую с -фазу, называемую мартенситом деформации, и тем полнее, чем больше в нем углерода и меньше марганца, НаЯичие метастабильного аустенита обусловливает повышение твердости поверхностных слоев стали при деформации их в процессе изнашивания и этим повышает износостойкость стали Г 23.Однако данный способ получения метастабильного аустенита, а также наличие в строении карбидов придает ей низкую пластичность и вязкость и этим не обеспечивает необходимое сочетание пластичности, вязкости и износостойкости стали для условий ударно-абразивного изнашивания.Цель изобретения - повышение пластичности и вязкости стали в сочетании с износостойкостью для условий ударно-абразивного изнашивания.Эта цель достигается тем, что согласно способу, включающему изотермический отжиг, который проводят при температуре на 100-160 С ниже температуры АС и закалку, сталь после изотермического отжига охлаждают до температуры окружающей среды со скоростью 150-200 град/ч в районе температур 350-200 ОС, затем стальнагревают под закалку до температурыА с 1(350-450) С со скоростью 1801200 град/мин, а закалку стали проводят в период первичной рекристаллизации аустенита.Изотермический отжиг при температуре на 100-160 С ниже Ас обеспечивает распад аустенита на д. -фазуи карбиды. Охлаждение до температурыокружающей среды обеспечивает даль. -нейшее превращение нераспавшегосяобедненного углеродом и марганцемостаточного аустенита в бейнит имартенсит. При этом бейнитноепревращение достигается за счет 15 снижения . скорости охлаждения до150-200 град/ч в области температурпромежуточного превращения 350200 С, более низкая скорость охлаждения не приводит к существенному 2 О повышению количества бейнита, нозначительно увеличивает продолжительность термообработки.При температуре выше 350 С, атакже в области температур мартенситного превращения ниже 200 ОС скорость охлаждения не лимитируется.Распад аустенита в процессе изотермического отжига, а также превращение нераспавшегося остаточного аустенита в бейнит и мартенсит при охлаждении стали до температуры окружающей среды позволяет осуществить пол-.ную фазовую перекристаллизацию первичных зерен аустенита путем обратного превращения этих продуктовраспада, бейнита и мартенсита в аустенит при дальнейшем нагреве под закалку, т.е. по схеме аустенит - прОдукты распада (с(-фаза и карбиды) ++ бейнит + мартенсит - аустенит.40 Ускоренный нагрев стали под закалку со скоростью не менее180 град/мин до температуры А ++ (350-450)о С позволяет избежатьпротекания вышеуказанного обратногофазового превращения при температуреА - А и тем самым осуществитьЪего в области надкритических температур стабильного состояния аустенита. Это обусловливает протеканиепервичной рекристаллизации аустенита,наличие которой позволяет разрушитьструктурную наследственность, т.е.ориентированную кристаллизациюаустенитных зерен по отношению кпервичному зерну, и получить мелко-кристаллический излом с высокой степенью измельчения первичного аусте.нитного зерна (на порядок выше исходного). Это приводит к рафинировкеструктуры и повышению механических 66 свойств, в том числе пластичностии вязкости сталей, Однако нагрев соскоростью более 1200 град/мин приводит к образованию микротрещин вместах концентратов напряжений из делия.86367 6 1,2 1,2 7,0 2,0 Остальное углеродКремнийМарганецХромЖелезо Способ.термо- обработки Микроструктура Показателив ОтносительнаяизносоСТОЙКОСТЬ ОтнОсительное удлинение,Я Ъ Ударнаявязкость,КГм/см2 14,5 10,6 Предлагаемый Мелкозернистаяаустенитнокарбидная 1,00 5071 Известный Закалку стали проводят в период первичной рекристаллиэации аустенита, что обеспечивает получение .мелкокристаллического излома и иэмельчение аустенитных зерен и этим улучшение механических свойств стали.Выдержку стали перед закалкой при температуре А. + (350-450)0 С ограничивают продолжительностью периода первичной рекристаллиэации. Дальнейшее увеличение ее приводит к собирательной рекристаллизации аустенита, вызывающей укрупнение аустенитных зерен.Закалка заэвтектоидных сталей по предлагаемому способу термообработки обеспечивает, в зависимости от химсостава стали и продолжительности нагрева ее под закалку, получение структур на основе аустенита или мартенсита как без карбидов, так и при наличии незначительных количеств карбидной фазы.Пример осуществления способа. Берут, например, метастабильную аустеОбработанная предлагаемым способом сталь по сравнению с известным имеет более чем в два раза выше пластичность и вязкость. При этом предлагаемый способ несколько повышает износостойкость стали в условиях ударно-абразивного изнашивания, несмотря на отсутствие карбидной фазы (или незначительное содержание ее) в строении стали. Наличие карбидной фазы хотя и снижает пластичность и вязкость стали, но увеличивает износостойкость ее Однако образование карбидов в значительной степени обедняет аустенитную основу углеродом, что снижает износостойкость стали. Поэтому образование карбидов известным способом не приводит к значительному повышению нзносостойкобти стали. Износостойкость стали определяется в основном свойствами аустенита, представляющего основу (более 90) в строении стали.Предлагаемый способ термообработки обеспечивает повышение износостойкости как за счет получения метастабильного аустенита, обогащенного углеродом, так и определенных нитную углеродистую сталь, содержащую, вес,%: и подвергают ее изотермическому отжигу при 570 С 5 ч при распаде аустенита на с(,-фазу и карбиды. Затем 10 сталь охлаждают в печи до 200 С соскоростью 180 град/ч и в дальнейшемна воздухе до температуры окружающей среды для превращения нераспавшегося аустенита в бейнит и мартенснт. Затем для обеспечения обратногофазового превращения продуктов распада аустенита, бейнита и мартенсита в аустенит, сталь нагревают соскоростью 200 град/мин до 1100 С, 20 выдерживают 3 мин и закаливают в воде на аустенитную структуру.Результаты термообработки приведены в таблице. 1,06Мелкозернистаяаустенитная 40 условий его формирования. Наличиетакого аустенита в строении сталиобеспечивает образование мартенситав поверхностных слоях стали при деформации их в процессе изнашиванияот действия динамических нагрузок,что повышает твердость поверхностныхслоев и этим увеличивает износостойкость стали при абразивном изнашивании.% 50 Таким образом, предлагаемыйспособ термообработки обеспечиваетувеличение пластичности"и вязкостив два и более раза в сочетании сизносостойкостью стали для условийударно-абразивного изнашивания, т.е.позволяет получить необходимое сочетание пластичности, вязКости иизносостойкости. 60 Формула изобретения Способ термической обработки уг-.леродистых аустенитных сталей, преимущественно метастабильных, вклю чаюший изотермическийотжиг при863673 Составитель Г.ШевченкоТехред Л. Пекарь Корректор Е.Рошко Редактор М.Петрова Заказ 7705/40 Тираж 621 Подписное ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий 113035, Москва, Ж, Раушская наб., д. 4/5филиал ППП "Патент", г. Ужгород, ул. Проектная, 4 температуре на 100-160 фС ниже Ас,и закалку, о т л и ч а ю щ и й с ятем, чтос целью повышения пластичности и вязкости при сохраненииизносостойкости в условиях ударноабразивного изнашивания, сталь после изотермического отжига охлаждаютв интервале температур 350-200 С соскоростью 150-200 град/ч и нагревают под закалку со скоростью 1801200 град/мин до температуры на350-450 С выше Ас,Источники информациипринятые во внимание при экспертизе1. РОСТ 2176-67.2. Авторское свидетельство СССР9444819, кл. С 21 0 1/78, 1973.