Способ изготовления изделий преимущественно из сталей мартенситного класса

СОЮЗ СОВЕТСНИХСОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ .РЕСПУБЛИК П 9) ЯОш) 1) С 21 0 ЕЛЬСТ тО ературения. по п.1, м, что ОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССРО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ ОПИСАНИЕ АВТОРСКОМУ СВИД(72) В.А,Гайко, А,Н.Давидович, В.А.Клушин, Г.В.Андреев, Э,М,Горбунов, К.П,Дайлнде и 0.Б,Микешка . (71). Физико-технический институт АН ьелорусской ССР(53) 621.785.3:669.15.194(088,8) (56) 1. Авторское свидетельство СССР У 782935, кл, В 21 Н 1/18, 1979.2. Металловедение и термическая обработка стали. Справочник под ред, М.Л.Берштейна и А.Т,Рахштадта,. М., "Металлургия", 1962, т. 2, с. 856. (54)(57) 1. СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ИЗДЕЛИЙ ПРЕИМУЩЕСТВЕННО ИЗ СТАЛЕЙ МАРТЕНСИТНОГО КЛАССА, включающий скоростной нагрев заготовки вьппе Ас, пластическую деформацию и высокий отпуск, о т л и ч а ю щ и й с я тем,что, с целью повьппения производительности процесса,. пластическую де формацию заготовки ведут в два пере хода - на первом переходе производя формообразование заготовки со степенью деформации 5-ОХ с одновремен ным подструживанием до температуры от Ас. до (Ас +100-150 С), а на вт ром переходе заготовку прокатывают со степенью деформации не менее 303 при температуре конца первого перехода в изотермическом режиме и при этой же температуре выдерживают в течение 5-10 мин, азатем производя охлаждение заготовки до температуры начала бейнитного превращения со скоростью 3-5 С(мин и последующее охлаждение на воздухе до темп полного мартенситного превращ2. Способ отличаю щийся те высокий отпуск производят в течение 1-2 ч.Изобретение относится к обработкеметаллов давлением и может быть использовано при изготовлении прецизионных деталей гидроаппаратуры.Известен способ изготовления изделий поперечно-клиновой прокаткой, покоторому деформацию ведут в два перехода: на первом - при ковочной температуре, а на втором прокатку осуществляют при 200-350 С 11ОНедостатком данного способа изготовления деталей является то, что придеформировании сталей мартенситногокласса вследствие интенсивного упрочнения во время прокатки на втором 15переходе возможно разрушение эаготов.ки, кроме того, материал, имеющий по.вышенную твердость, трудно поддаетсяобработке резанием.Наиболее близким к изобретению 20по технической сущности и достигаемому результату являерся способ изготовления иэделий из сталей мартенситного класса, включающий скоростной нагрев заготовки выше Ас , плестическую деформацию и высокий отнуск 2,Недостатком известного способа фобработки является низкая производительность процесса, особенно в слуЗОчае загрузки в печь крупных партийдеталей,Цель изобретения - повышение производительности процесса.Поставленная цель достигается тем,з 5 что согласно способу изготовления изделий преимущественно из сталей мартенситного класса, включающему скоростной нагрев заготовки выше Ас, пластическую деформацию и высокий отпуск, пластическую деформацию ведут в два перехода - на первом переходе производят формообразование за- . готовки со степенью деформации до 5-107. с одновременным подстуживанием 45 до температуры от Ас,1 до Ас +100- 150 С), а на втором йереходе заготовоку прокатьзают со степенью деформации не менее ЗЬ при температуре конца первого перехода в изотермическом 5 О режиме и нри этой же температуре вы держивают в течение 5-10 мин, а затем производят охлаждение заготовки до температуры начала бейнитного превра щения со скоростью 3-5 С/мин и пооследующее охлаждение на воздухе до температурьг.полного мартенситного превращения. Высокий отпуск производят в течение 1-2 ч.Замедленное снижение твердости при отпуске легированных сталей связано с затруднением распада мартен- сита и коагуляции карбидов легирующих элементов,.а также с процессом вторичного твердения при высокой пластической деформации клиновой прокаткой, осуществляемой при определенной температуре, с последующими термическими операциями позволяет создавать специфическую микроструктуру на стадии предварительной (до отпуска) обработки, после которой отпуск стали по сокращенному циклу приводит к получению такой же твердости, как и после отпуска нормальной продолжителвности.Предлагаемая обработка проводится непосредственно в процессе изготовления детали прокаткой и включает несколько взаимосвязанных этапов. Первый этап - Формообразование со степенью деформации до 107 с .одновременным подстуживаннем до температуры от Ас 3 до 1 А с +100-150 С) включает ускоренную гомогенизацию легированного аустенита в условиях, препятствующих значительному росту зерна,После скоростного нагрева в аустените сохраняется концентрационная неоднородность по легирующим элементам и, соответственно, по углероду, Непосредственно в процессе деформации на первом этапе (степень деформации 5-103) на дислокациях происходит выделение карбидов железа и карбидов легирующих элементов в мелкодисперсной форме. Сразу же после, окончания деформации в связи с высокой температурой и дисперсностью кар бидов происходит их обратное растворение в аустените, но распределение углерода и легирующих элементов уже более равномерное. Деформация менее 5 Х не охватывает все зерна стали и не обеспечивает необходимой гомогенности. Деформация более 10 Х при максимальной температуре обработки способствует ускоренному росту зерна аустенита за счет собирательной рекристаллизации и ухудшениюсвойств после термообработки, В процессе прокатки производится подстуживание стали до температуры проведения второго этапа, Поскольку выделение и растворение карбидов при3 113578 максимальной температуре обработки протекает чрезвычайно быстро (несколь ко секунд), подстуживание может начинаться одновременно с деформированием первого перехода, Это позволяет избежать роста зерна и нежелательного перераспределения легирующчх элементов в гомогенном аустените.При отсутствии первого этапа последующая (на втором этапе) деформация 1 О негомогенного аустенита при более низкой температуре не устраняет полностью областей концентрационной неоднородности по легирующим элементам и углероду, что вызывает после отпуска неравномерность твердения детали. Гомогенизация за счет снижения скорости нагрева или увеличения выдержки при максимальной температуре обработки приводит к резкому снижению производительности труда, значительным потерям легированной стали в виде окалины и поэтому в серийном производстве неприемлема;25Цель второго этапа состоит вформировании субструктуры, стимулирующей выделение из раствора карбидов легирующих элементов в условиях, препятствующих их обратномурастворению.Выпадение карбидов легирующих эле.ментов возможно на дефектах кристаллической решетки уже в процессе горя.чей пластической деформации аустенита, Однако при высокой температуре 35эти карбиды неустойчивы и склонны кобратному растворению в аустените.Деформацию поэтому следует, вести таким образом, чтобы одновременно с выделением карбидов формировалась устойчивая дислокационная субструктуратипа полигонапьной, взаимодействиес которой повышает стабильность карбидных образований . Для формированияполигональной структуры с легированной стали при температурах вышеАс требуется степень деформациине менее 307.,с 5Однако дислокационная субструктурав рамках предлагаемого способа является лишь промежуточным звеном,способствующим получению относительноустойчивых легированных карбидов,поскольку сохранение этой субструктуры при- мартенситном превращении 55приведет к повышению устойчивостистали и отпуску. Поэтому температурный интервал деформироваиия и условия 1 4последеформационной обработки должны выбираться с учетом последующего распада дислокационной субструктуры, но с сохранением образованного на ее основе распределения легированных карбидов. Вследствие этого температу ный интервал деформирования на втором этапе обработки выбирается следующим образом: верхняя точка 1 выше Л на 100-150 С - более высокаяОс 1температура для высоколегированных сталей мартенситного класса) соот-, ветствует температуре, выше которой чрезвычайно трудно получить у "тойчивое состояние системы карбид-дислока" ция ввиду высокой подвижности дислогкаций и атомов легированных элементов; нижняя (точка Ас )соотвЕтствует5температуре, ниже которой в легированной стали практически тормозится распад закрепленной карбидами дислокационной субструктуры, что может привести к ее переходу в мартенсит и замедлению процессов отпуска.Последеформационная выдержка при температуре деформации проводится с целью распада полигонапьной, субструктуры. Время выдержки. определяется временем завершения при данной температуре первичной рекристалпизации - не менге 5 мин для степени деформации ЗОЖ и не более 10 мин для более высоких степеней деформации.эПосле распада полигональной системы в стали сохраняется достаточно: дисперсное распределение карбидов, расположенных преимущественно на дис локациях и других дефектах решетки, Переход дисперсных карбидов и повышенной плотности дефектов в мартенсит оказывает замедляющее действие на процессы отпуска. Поэтому режим последующего охлаждения направлен на снижение плотности дислокаций и уменьшение дисперсности карбидов. Это достигается достаточно медленным охлаждением, при котором в стали происходит коагуляция выделившихся при деформации карбидов с одновременным освобождением дислокаций от блокирующих частиц, аннигиляция освободившихся дислокаций и снижение их плотности . Скорость охлаждения выбирается из условия максимально возможного снижения плотности дислокаций при коагуляции блокирующих карбидов, однако в таких пределах, чтобы обеднение матрицы углеродомза время охлаждения до точки начала бейннтного превращения не вызвало снижения устойчивости аустенита в бейннтной области и частичного бейнитного превращения при охлаждении на воздухе, что ухудпает свойства стали после термообработки. Этим условиям отвечает скорость охлаждения 3-5 С/мин.В результате обработки сталь пос ле охлаждения на воздухе имеет мартенситную структуру с низкой плотностью дислокаций, в которой содержится значительное количество карбидов.легирующих элементов, что поз воляет уменьшить (до 1-2 ч) продолжительность наиболее дпительной части отпуска, связанной с образованием специальных карбидов, и снизить проявление эффекта вторичного твердения. 20Способ осуществляется следующим образом.Заготовку нагревают до ковочной температуры и подают в прокатное устройство. Клиньями первого этапа 25 производят предварительное формообразованиезаготрвки со степенью деформации до 10%. В это время производят подстуживание заготовки доО температуры от А до (Ас 100-150 С Зо и деформируют ее кпиновымй инстру-.ментами второго перехода, причем степень деформации на этом переходе должна составлять не менее 303, и прокатка ведется при относительно постоянной температуре за счет выделения тепла деформации, подогрева инструмента и т.д. После завершения формообразования заготовка по лотку скатывается в термостат и выдерживается в нем в течение 5-10 мин при температуре второго переходаддеформации, Далее заготовки выталкиваются в печь и охлаждаются вместе с ней со скоростью 3-5 С/мин до температуры начала бейОнитного превращения. При достижении этой температуры заготовки извлекают из печи и охлаждают на воздухе до температуры полного мартенситного превращения (менее 200 С) поспе чего производят высокий отпуск в течение 1-2 ч;П р и м е р . Обрабатывают заготовки из стали 18 Х 2 Е 14 МА, предназ - наченные дпя изготовления .прецизионных деталей гидроаппаратуры. Заготовки ф 18 Х 62 н,:"ревают до 1100 С.и подвергают поперечно-клиновой прокат. ке в два этапа: на первом этапе сте - пень деформации составляет 8-10, а на втором - 40 ., при этом во время прокатки на первом этапе заготовКу подстуживают сжатым воздухом до 950-930 С, а на втором этапе проОкатку ведут на подогреваемом инструменте без охлаждения воздухои, что обеспечивает изотермические условия прокатки на втором этапе. После окончания деформации заготовки по лотку скатываются в термостат, представлянг щий собой проходческий индуктор,.где выдерживают .втечение 8 мин.Далее заготовки выталкивают из термостата в печь СШОЛ.1.6/11-И и охлаждают вместе с ней до 410 С. Затем заготовки высьюпают из т=рч и охлаждают на воздухе до 180 С. Последующий высокий отпуск до температуры 690 С в течениео,3 ч обеспечивает твердость прокатанной заготовки НРС 24-26. Таким образом, использование предлагаемого способа позволяет сократить время обработки, что видно также из таблицы.= 6 Прокатка (1=1100 С;о Я, =87с =950-930Г =403) 2УОхлаждение в индукторе, печи и на воздухеВысокий отпуск (ц=1,3 ч) Предпа гаемый 23,3 Редактор Н.Яцола Заказ 10248/ 8 Тираж 552 ВНИИПИ Государственпо делам изобрет 13035, Москва, ЖПодписноеого комитета СССРний и открытийРаушская наб, д. ал ППП "Патент", г. Ужгород, ул. Проектная,Прокатка6=503)Охп аждениВысокий