Способ термической обработки отливок

СОЮЗ СОВЕТСНИХСОЦИАЛИСТИЧЕСНРЕСПУБЛИК 15114 С 21 Р 1/78 ЗОБРЕТ Я ТВ ЕТ иои СО ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯПРИ ГКНТ СССР ОПИСАНИЕ К АВТОРСКОМУ С(56) Авторское свидетельство СССР 9 933740, кл. С 21 Э 1/26, 1980.Авторское свидетельство СССР Р 937524, кл. С 21 В 1/26, 1980. (54) СПОСОБ ТЕРМИЧЕСКОЙ ОБРАБОТКИ ОТЛИВОК(57) Изобретение относится к терми ческой обработке стали и может быть использовано в энергомашиностроении при изготовлении турбин. Цель изобретения - улучшение качества путем выравнива,801447885 ния химического состава по сечению отливок, повЬпцения прочности и ударвязкости, а также снижения температуры перехода в хрупкое состояние в сочетании с высокой пластичностью стали. Способ термической обработки включает термоцнклирование, которое производят после предварительной термической обработки. В каждом цикле сталь нагревают до температуры Ас + + (130-150) С, осуществляют изотермическую выдержку при этой температуре в течение 1-1,5 ч, охлаждают с печью до температуры Аг, + (30-70) С и выдерживают при этой температуре в течение 1-1,5 ч. Термоциклирование содержит три цикла. Третий цикл заканчивается охлаждением стали на спокойном воздухе, после чего производят отпуск. 1 табл.Изобретение относится к термической обработке стали и может быть использовано в энергомашиностроении приизготовлении турбин.Цель изобретения - улучшение качества путем выравнивания химическогосостава по сечению отливок, повышенияпрочности и ударной вязкости, а также снижения температуры перехода в 1 Охрупкое состояние в сочетании с высокой пластичностью стали,1Сущность изобретения заключается втом, что согласно способу термическойобработки конструкционной малоуглеродистой стали, включающему термоциклирование, в каждом цикле которого производят нагрев стали, ее охлаждениес печью, а также изотермическую выдержку при. верхнем и нижнем значениях интервала температур термоциклирования,причем в последнем цикле непосредственно после выдержки приверхнем значении температуры ведутокончательное .охлаждение на спокойном воздухе, упомянутый нагрев производят до температуры Ас + (130 о,150) С, охлаждение - до температурыАг + (30-70) С, а выдержку после нагрева и охлаждения осуществляют в течение 1-1,5 ч.В отличие от известного предлагаемый способ позволяет получить одно-,родную структуру отливок из легированной, например хромомолибденованадиевой, стали благодаря расширениютемпературного интервала термоциклирования как в сторону повышения температуры нагрева, так и в сторонуснижения температуры . охлаждения, а 40также благодаря увеличению временивыдержки до 1-1,5 ч. Все зто способствует улучшению требуемых качествотливок из конструкционных низколе -гированных сталей. 45Выбор интервала температур высокотемпературной выдержки обусловлен наличием химической неоднородности влитом металле, содержащем легирующиеэлементы с пониженной диффузионнойподвижностью (например, Сг, Мо, Ч).Указанный интервал обеспечивает выравнивание химического состава стальных отливок по сечению и образованиеоднородного твердого раствора. Выбор 55интервала значений низкотемпературной выдержки обусловлен характеромтермокинетических диаграмм конструкционной малоуглеродистой низколегированной стали, особенностью которой является то, что в этом интервале температур происходит распад аустенита на ферритокарбидную смесь.Выдержка при температуре нагрева выше Асз для указанных сталей приводит к укрупнению зерна, однако по предлагаемому способу такая выдержка в сочетании с термоциклированием допустима, так как укрупнение зерна: период высокотемпературной выдержки в течение 1-1,5 ч компенсируется термоциклированием в области ферритокарбидных превращений за счет фазового наклепа и перекристаллизации, способствующих.измельчению зерен. Интервал времени выдержки 1-1,5 ч обусловлен возможностью получения однородной химико-физической структуры стали (нижний предел), а также ростом укрупненности зерна (верхний предел). Выбор конкретного значения периода выдержки в пределах указанного интервала определяется толщиной стенки отливки и ее химическим составом, об- условливающим характер протекания; диффузионных процессов.Предлагаемый способ термической обработки конструкционной малоуглеродистой стали осуществляют следующим образом.Отливки из конструкционных малоуглеродистых низколегированных сталей подвергают предварительной термической обработке с заданными параметрами, а затем термоциклированию. В пределах каждого цикла производят нагрев сталей до температуры Асз + (130о150) С и охлаждение с печью до температуры Аг, + (3070) С. При указанных температуре нагрева и температуре охлаждения осуществляют изотермическую выдержку в течение -1,5 ч, в " процессе которой получают однородную структуру сталей за счет распада аустенита на ферритокарбидную смесь.Термоциклирование проводят преимущественно 3 раза, причем в третьем цикле непосредственно после выдержки при температуре Ас + (130150) С отливки охлаждают на спокойном воздухе для образования ферритобейнитной структуры. Термообработка отливок заканчивается операцией ."Отпуск" с заданными параметрами. П р и м е р. Отливку колена турбины типа К(сталь 16 хЗМФЛ) под 144788530 фо рмул а вергают термической обработке с применением термоциклирования.Химический состав исследуемой стали, 7; С 0,18; 81 0,20; Ип 0,60; Сг 0,251 Ч 0,20; Мо 0,51 1 Я 0,01 7; Р 0,01.Критические точки этой стали:Ас.840 С, Аг - 660 С.Сталь нагревают в печах сопротивления до 1020 С, выдерживают 3 ч, охлаждают на воздухе, после чего осуществляют трехкратное термоциклирование, в процессе которого в каждом из двух циклов сталь нагревают до 990 С со скоростью 200 град/ч, выдерживают при этой температуре 1 ч, охлаждают с печью до 710 С со скоростью 140 град/ч и выдерживают при этой температуре 1 ч. В третьем цикле посо ле выдержки при температуре 990 С производят охлаждение отливки на спокойном воздухе со скоростью УОО град/ч. Термическую обработку завершают операцией отпуска стали приотемпературе 700 С в течение 8 ч.Испытания обработанной предлагаемым способом отливки показали, что она обладает высокими показателями прочности, пластичности, ударной вязкости и температуры перехода в хрупкое состояние.Эти показатели сведены в таблицу сравнительных данных (п.2 таблицы) наряду с показателями других вариантов реализации предлагаемого и известного способов.Из данных таблицы видно, .что показатели прочности ( (7 од и ба ) ударной вязкости (КСБ) и температуры перехода в хрупкое состояние (Т) во всех приведенных вариантах реализа. - . ,ции.предлагаемого способа (пп. 2-4- 6 и 7) значительно превышают показатели известного способа (п.1), а по показателям пластичности эти способы примерно одинаковы.Оптимальным вариантом осуществления предлагаемого способа является способ с трехкратным термоциклированием (пп.2, 6 и 7), при двухкратном термоциклировании заметно ухудшаютсякачественные показатели (п.3), а четырехкратное термоциклирование не дает существенного улучшения по каз ателей по сравнению с трехкратным термоциклированием, но значительно увеличивает время обработки. Варианты реализации способа в интервале темпера тур термоциклирования, выходящем запределы граничных значений, приведенных в предлагаемом способе, значительно уступают по показателям ударной вязкости и температуры перехода 15 в хрупкое состояние (п.5 таблицы).Предлагаемый способ термическойобработки конструкционной малоуглеродистой стали испытан в п/о "Турбоатом" в технологии обработки отливок 20 для турбин. Сравнительные испытанияпоказали, что прочность отливок"согласно предлагаемому способу увеличивается по сравнению с известным в1,5-2 раза, ударная вязкость -пример но в 2 раза, температура перехода вхрупкое состояние снижается примерноона 40 С, а пластичность уменьшаетсянезначительно. изобретения Способ термической обработки отливок преимущественно из конструкционной малоуглеродистой стали, вклюЗ 5 чающий многократный нагрев и охлаждение до заданных температур, выдержкипри этих температурах, окончательноеохлаждение на спокойном воздухе, высокий отпуск, о т л и ч а ю щ и й - 40 с я тем, что, с целью улучшения качества путем выравнивания химическогосостава по сечению отливок, повышенияпрочности и ударной вязкости, а также снижения температуры перехода в 45 хрупкое состояние в сочетании с высокой пластичностью стали, нагревпроводят до температуры Асэ + (130о150) С, охпаждение - до Аг + (30о..70) С, а выдержки при этих темпе ратурах осуществляют в течение 1,01,5 ч,1447885 ох вМПа МПа О 2,0 1 605,8 6,5 1 1,0 95 Термическая обработк звестный способНагрев до 1020 С, выдержка 3 ч, охлаждениена воздухе, нагрев до830 С, выдержка 15 мин,охлаждение с печью до780 С, выдержка 15 мин,нагрев до 830 С, выдержка 15 мин, охлаждение спечью до 1780 С,выдержка 5 мин, нагрев до830 С, выдержка 15 мин,охлаждение на воздухе, отпуск 700 С, 8 ч Предлагаемый способ 2. Нагрев до 1020 С, выдержка 3 ч, охлаждениена воздухе, нагрев доо990 С, выдержка 1 ч, охлаждение с печью до710 С, выдержка 1 ч, нагрев до 990 С, выдержка1 ч, охлаждение с печьюадо 710 С, выдержка 1 ч,нагрев до 990 С, выдержка 1 ч, охлаждение навоздухе, отпуск 700 С,8 ч оНагрев до 1020 С, выдержка 3 ч, охлаждение на воздухе, нагрев до 990 С, выдержка 1 ч, охлаждение с печью до 710 С, вьдержка 1 ч, нагрев до 990 С, выдержка 1 ч, охлаждение на воздухе, отпуск 700 С, 8 ч 4. Нагрев до 1020 С, выдержка 3 ч, охлаждениена воздухе, нагрев доо990 С, выдержка 1 ч, охлаждение с печью доо710 С, выдержка 1 ч, нагрев до 990 С, выдержка1 ч, охлаждение с печьюдо 710 С, выдержка 1 ч,нагрев до 990 С, выдерж. кач, охлаждение с 0,8 20,0 58,0 6 О 2,5 822,5 15,51447885 Продолжение таблицыГ печью до 710"С, выдержка 1 ч, нагрев до 990 С,свыдержка 1 ч, охлаждение на воздухе, отпуск 700 С, 8 ч 5. Нагрев до 1020 С, выдержка 3 ч, охлаждениена воздухе, нагрев доо990 С, выдержка 1 ч, ох"лаждение с печью до770 С, выдержка 1 ч, нагрев до 990 С, выжержка1 ч, охлаждение с печьюдо 770 С, выдержка 1 ч,нагрев до 990 С, выдержка 1 ч, охлаждение навоздухе, отпуск 700 С,8 ч 6. Нагрев до 1020 С, выдержка 3 ч, охлаждениена воздухе, нагрев до990 С, выдержкач, охлаждение с печью до730 С, выдержка 1 ч, нагрев до 990 С, выдержка1 ч, охлаждение с печьюдо 730 С, выдержка 1 ч,онагрев до 990 С, выдержка 1 ч, охлаждение навоздухе, отпуск 700 С,8 ч 7. Нагрев до 1020 С, выдержка 3 ч, охлаждение на воздухе, нагрев доо990 С, выдержка 1 ч, охлаждение с печью доо710 С, выдержка 1 ч наоФ грев до 990 С, выдержка 1 ч, охлаждение с печью до 710 С, выдержкач,онагрев до 990 С, выдержкач, охлаждение на воздухе, отпуск 700 С, 8 ч 8. Нагрев до 1020 С, вы"одержка 3 ч, охлаждениена воздухе, нагрев до990 С, выдержка 1.ч, охлаждение с печью до 2, 3 4 7 680,2 820,5 15,7 53,0 1220 0 585 5 712 5 16 0 55 О 847 +40 681,0 820,5 15,5 53,.0 1210 0 682,5 822,5 15,5 52,0 1217 01447885 1 ОПродолжение таблицы 6 7 2 Э 690 С, выдержкач, охлаждение с печью до690 С, выдержка 1 ч, нагрев до 990 С, выдержка1 ч, охлаждение на воздухе отпуск 700 С, 8 ч 679,5 819,0 15,5 54,0 1215 0 Составитель А.КулеминТехред М.Ходанич Корректор Г,Решетник Редактор М.Петрова Заказ 6811/30 Тираж 545 Подписное.ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиямпри ГКНТ СССР113035, Москва, Ж, Раушская наб., д, 4/5 Производственно-полиграфическое предприятие, г. Ужгород, ул. Проектная, 4 9. Нагрев до 1020 С, выдержка 3 ч, охлаждениена воздухе, нагрев до990 С, выдержка 1 ч, охлаждение с печью до650 С, выдержка 1 ч, нагрев до 990 С, выдержка1 ч, охлаждение с печьюодо 650 С, выдержка 1 ч,нагрев до 990 С, выдержка 1 ч, охлаждение наовоздухе, отпуск 700 С,8 ч 598,5 718,6 15,5 50 825 +35