Способ термической обработки литых аустенитных сталей

Бе 71) Заяви Всесоюзный исследоват рдена ьский 54 СПО ЕРИИЧЕСКОИ ОБРАБОТКИ ЛИТЫХУСТЕНИТНЫХ СТАЛЕЙ слов УтИзобретение относится к металлургии и может быть использовано при термической обработке литых деталей из углеродистых аустенитных сталей.РИзвестен способ термической обработки стали преимущественно конструкционных марок, включающий закалку, термоциклирование и охлаждение в воде или масле, согласно которому, с целью повышения ударной вязкости, перед термоциклированием проводят закалку, а термоциклированиепроводят с выдержкой при нагревс до попного растворения карбидов и подсушиванием в интервале Ас 600 С до завершения распада аустепита г.11.Однако данный режим термообработки применяют преимущественно для многофазных сталей перпитного или мартенситно-.перлитного класса) и он не дает положительного эф 1.1 екта для аустенитных сталей, работающих в рудового Красного Знамени научнонститут железнодорожного транспорта у иях контактно-уста;тостных нагружений в сочетании с ударом.Известен также способ упрочненияметастабильных аустенитных сталейфазовым наклепом, включающим прямоеи обратное мартенситное превращениеи старение, согласно которому обратное превращение и старение проводят в изотермических условиях 23.Недостатком известного способаявляется наличие в структуре мартенсита икарбидов, а также сложностьтехнологического процесса.Наиболее близким к предлагаемомявляется спОсоб термической обрабоки углеродистых аустенитных сталей,включающий двойной отжиг и закалкуна аустенитно-карбидную структуру г.Недостатком известного способаявляется .наличие карбидов в структуре аустенита, приводящее к понижениюконтактно-усталостной выносливостидеталей при работе в условиях воздействия ударных нагрузок, 3 90302Цель изобретения - повышение износостойкости и долговечности литых сердечников и цельнолитых крестовин из стали Г 13 Л, работающих в условиях контактно-усталостных нагружений5 в сочетании с ударом.Поставленная цель достигается тем, что в способе, включающем двойной отжиг и закалку, второй отжиг проводят ступенчато, для чего изде лия нагревают до температуры на 170 о200 С ниже Ас, вьдерживают при данной температуре в течение 2 ч и ведут дальнейший нагрев до температуры на 50-110 С выше А с вьдержкой 15 при данной температуре в течение 0,5- 1,0 ч, после чего изделия охлаждают вместе с печью до 500-540 С, выдерживают при данной температуре в течение 2 ч и после выдержки производят нагрев под закалку и закалку на аустенитную структуру.Основной задачей, решаемой при ступенчатом отжиге, является устранение вредного влияния факторов, д 5 ответственных как за понижение,так и за нестабильность Физико-механических свойств стали и служебных характеристик деталей за счет измельчения зерна, более полного растворения первичных карбидов, улучшения состояния границ зерен: уменьшения пор и литейных субмикротрещин, перевод в твердый раствор аустенита приграничных атомов, дробления фосфид 35 ной эвтектики и т.п. Для достижения максимального фазового наклона,особенно по границам зерен,в стали 110 Г 13 Л в процессе нагрева под закалкуостремятся нагреть сталь до 540 С (оптимальный интервал 550-540 С) с изотермической выдержкой при этой температуре в течение 2 ч. Наиболее резкое изменение параметров кристаллической решетки в стали 110 Г 1 ЗЛ происходит в интервале 500-540 С. Этоо 45 связано с вьделением углерода из твердого раствора аустенита, который вьделяется в виде карбидов (Ге, Ип) С по границам зерен, а обедненный твердый раствор аустенита при температуре максимального выпадания карбидов начинает распадаться с образованием СХ-Фазы. Под влиянием фазового наклепа,возникающего за счет разницы удельных объемов вьде- . ляющихся карбидов СХ-й фазы и аустенита, добиваются дробленияхрупких составляющих по границам 4зерен ( окислы, фосфидная эвтектика, первичные субмикротрещины,микротрещины и т.п,),Применение большего времени выдержки и температуры нецелесообразно, так как приводит к появлениюслишком крупных и большого количества карбидов, которые в дальнейшем медленно растворяются.оПоследующий нагрев до 800 С необходим для более равномерного науглероживания аустенита углеродомпо объему зерна ( центральные области) за счет частичного растворениякарбидов, улучшения состояния границзерен; ускорения диффузионных процессов в твердом растворе за счетперевода примесных элементов в твердый раствор, разрушения и частичного растворения окислов, Фосфиднойэвтектики и т,п.о. Время выдержки при 800 С ограничено минимальным временем, необходимым для Фиксации заданной температуры теплотехническими приборами,но не более часа, в против случаенаблюдается нежелательное уменьшениедефектов кристаллической структурыв центральной зоне зерен и начинается рост зерен. Последующее охлаждеоние до 500 С и изотермическая вьдержка в течение 2 ч связаны с необходимостью получения большего числазародышей рекристаллизации, большейвеличины внутренней (запальной) энергии аустенита за счет фазового наклепа при вьделении карбидов и СХ-фазы,большего дробления окислов, фосфидной эвтектики и т,п. Поэтому в этотпериод стремятся получить выделениекарбидов и СХ-фазы как по границамзерен, так и в их центральной зоне.оПоследующий нагрев от 550 С до1100 С необходим для полного раствоорения карбидов с(. в Г превращениярастворения фосфидной эвтектики,окислов перевода примесных элементов в твердый раствор рекристаллизации и получения чистой аустенитовойструктуры.В отличие от известных режимоврекристаллизации и получение чистойаустенитовой структуры с тонкимиграницами зерен проходит интенсивнее и полнее за счет фазового накле-,па и пластической дефермации в результате 3 Фс, превращений.Положительный эффект в результате термической обработки цо предла5 9013гаемому режиму подтверждается прирассмотрении данных о твердости литыхдеталей после термической обработкии при сравнительном анализе микроструктуры стали до и после терми 5ческой обработки. Твердость стализаметно повышается за счет фазовогонаклепа, в микроструктуре наблюдается измельчение первичного зернаи очищение границ зерен, что в конечном итоге приводит к повышению износостойкости и долговечности литыхдеталей.Предлагаемый способ осуществляется следующим образом,15Литые сердечники и цельнолитыекрестовины из стали Г 13 Л выбивкииз литейной формы нагревают до 500540 С, выдерживают при данной температуре в течение 2 ч и охлаждают навоздухе до комнатной температуры10-30 С). Затем детали подвергаютступенчатому отжигу по следующемурежиму.оНагрев деталей ведут до 500-540 Си выдерживают при данной температуреФв течение 2 часов, от этой темпераотуры ведут нагрев до 780-850 С и выдерживают при данной температурев течение 0,5-1,0 ч, после чего детали охлаждают вместе с печью до500-540 С и выдерживают при даннойтемпературе 2 ч. После ступенчатогоотжига нагрев под закалку ведут от500-540 С и закаливают на аустенитную структуру,Термической обработке подвергаютдетали из стали Г 1 ЗЛ от одной плавки, выплавленной в основной электропечи и имеющей следующий химическийсостав, вес.Е:40Углерод 1,34Марганец 12,93Кремний 0,72Фосфор 0,044Сера 0,012Точка Ас, определенная при нагреве со скоростью 70 С/ч, составляет710 С.В табл. приведены варианты термической обработки литых деталей по 50предлагаемому способу в сравнениис известным (контрольным) режимомтермообработки инвариант Ь), а такжеданные для сравнительных режимов.В табл.2 приведены служебные характеристики литых деталей,На фиг.1 представлены графики за висимости значения твердости от 02 6числа рабочих циклов на машине ВМСдля деталей, прошедших термическую обработку по известному режиму; ыа фиг. 2 - то же, для деталей, прошедших термическую обработку по предлагаемому режиму и по сравнительным режимам(кривые 1 У и У по, режиму 1, а также 4 и 5; кривые У 1 и УП по режиму 4; кривая уШ по режиму 3.В результате термической обработки по предлагаемому режиму повышается способность стали к наклепываемости.Предлагаемый режим термической обработки позволяет уменьшить ликвидацию марганца, углерода и других элементов и за счет этого повысить способностьстали к наклепываемости, что приводит к увеличению долговечности деталей из нее.Из данных табл. видно, что износостойкость и долговечность литых деталей в результате предлагаемой термической обработки выше по сравнению с деталями, прошедшими термическую обработку по известному режиму.Анализ данных табл.2 показывает, что количество рабочих циклов до появления первых контактоусталостных трещин для деталей, прошедших термическую обработку по предлагаемому режиму (режим 1), определенное как среднее для трех образцов, составляет 0,9710 , в то время как та жеьхарактеристика для известного режимарежим 6), определенная как среднеедля трех образцов, составляет О, 59 ф 10 . Срок службы изделий возрастает на 677,.Износ, отнесенный на 1 О циклов, составляет соответственно для предлагаемого режима 4,1 мм и для известного - 4,5 мм среднее значение для 3 образцов, т.е. повышение износостойкости составляет 10 Х).Многократное два-три раза) повторение ступенчатого отжига в интервале температур 500-850 С позволяет дополнительно повысить долговечность изделий. Долговечность деталей, прошедших термообработку по режиму 4, возрастает в среднем до 1,051 О, т.е. имеет место повышение долговечности еще на 10% и повышение износостойкости на 15-207.аЯ ОцлоЕое оа хроЛ хф оЕ Ф е 5 а Х. о оо о 2 аооОД оо а аоа сц РЕ б б бххах д Ре и х3 хЕф Хч Р,Р, Г (бФдд . окрои,оя хг6 ф ба Ф я,о амб Рк оо с,гиоХ Е1охЕм6 Ча оо хЕфд ф ГО Р,ЕИхйо еВариант Твердость Износ, мм ачало ко 1,2410 03 18 378 5910 534 14 50 225 2,8 0,850 1 216 532 10 О, 7001 О Оф 427 "10 3 70 0,г 20 изобретения орму Способ термической обработки литых аустенитных сталей, преимущественно высокомарганцовистых, включающий двойной отжиг и закалку, о т л и ч аю щ и й с я тем, что, с целью повышения долговечности и износостойкости литых деталей, второй отжиг проводят ступенчато с выдержкой на первой ступени при температуре на 170-200 чС ниже А в течение 2 ч и на второй -сопри температуре на 50-110 С выше Ае в течение 0,5-1 ч, после чего детали охлаждают вместе с печью до температуры первой;ступени отжига, вЫдерживают и от эМой температуры ведут нагрев под закалку.Источники информации, принятые во внимание при экспертизе1. Авторское свидетельство СССР У 583185, кл. С 21 Ь 1/78, 1976.2. Авторское свидетельство СССР Р 454265, кл. С 21 0 1/78, 1972.3. Авторское свидетельство СССР В 444819, кл. С 21 О 1/78, 1973.903302 Фф Ф Фф басф Ю иисаг гиюоР Рие Ф ФФ ФОО ЮО Рфф Уф Вф Рщф Вф вагиф4 Ыа гилжгР НИИПИ Заказ 12303/24 Тираж 586 Подпис Патент", г. Ужгород, ул, Проектная, 4