Способ термической обработки заготовок

3 ГИН В.Ю.Соловьев и И. зоб рете 1 с;:тС; довате и чно"иссякмйа 3 йзянюс,Х менимауьной кий рдена Трудового Красного нститут технологии автомо 2 Изобретение относится к термической обработке заготовок из углеродис-тых и легированных сталей с содержанием углерода менее 0,253.Известен способ термической обра" ботки сталей данного класса в электропечах, включающий в себя нагрев выше температуры Ас, выдержку, при этой температуре, охлаждение с печью, . до температуры на 120- 130 фС ниже Ас 1, затем на воздухе до комнанюй температуры 11 .Данная термическая обработка обеспечивает высокую деформируемость заготовок в холодном состоянии, но оченьдлительна, что затрудняет ее использование в высокопроизводительныхлиниях по изготовлению деталей методами холодной объемной штамповки.Кроме того, длительные тепловые выдержки при указанных температурах приводят к значительному окалинообраэованию и обеэуглероживанию заготовок,при объемной холледовательно, наыполнения мер- пот окисления.ким к предлагаемотермической обракласса, включающикой частоты до тоС выше точки Асхлаждением на воз то не им нои штамповке., в печи требуетщите заготовокНаиболее блиявляется способсталей:.,данногогрев токами высператур на 30-5с последующим охе (2 . ре за" тки на" При обработке этим способом длительность нагрева заготовок не пре вышает нескольких минут, и на нихпрактически отсутствует окалина. Од"нако низкая температура нагрева, отсутствие выдержки при этой температуре и быстрое охлаждение приводят к в тому, что заготовки имеют высокиетвердость и сопротивление деформации,низкую пластичность, что не отвечаеттребованиям, предъявляемым к металлу,Ь) СПОСОБ ТЕРИИЧЕСКОЙ ОБРАБОТКИ ЗАГОТОВОК3 988881обр;.батываемому способами холоднойобъемной штамповки. Цель изобретения - создание высокопроизводительного способа термической обработки, обеспечивающего заготовкам комплекс технологическихсвойств, необходимых для холоднойобъемной штамповки, а именно - низкиетвердость и сопротивление деформации, 1 Овысокую пластичность и структуру, состоящую из феррита с низкой микротвердостью и зернистого перлита,Поставленная цель достигается тем,что согласно способу термической обработки заготовок, преимущественно изуглеродистых и легированных сталей,нагрев заготовок осуществляют до температур на 90-160 С выше точки Ас и20охлаждают на воздухе до точки Ас, отточки Ас до температуры, лежащей винтервале Ас 4 -(Ас,-40 С), охлаждаютсо скоростью 3- 10 град/мин, далее дотемпературы ниже точки Ас 4 на 10025150 С охлаждают со скоростью 2030 град/мин, затем - на воздухе.Способ осуществляют следующим образом,Заготовки подвергают нагреву ТВЧдо температуры на 90-160 С выше Ас.о 30Нагрев ведут на усановках с частотой тока 2400 или 8000 Гц. Мощностьустановки выбирают в зависимости отразмера и веса заготовок и требуемойпроизводительности, Время нагреваустанавливают так, чтобы температурный градиент между поверхностью ицентром заготовок к момент окончания нагрева не превышал 50 С. Охлаждение заготовок до температуры Ас40проводят на воздухе, причем скоростьохлаждения не регламентируют, Затемосуществляют охлаждение со скоростью3-1 Оф С/мин до температуры, лежащейв интервале между Ас и Ас -40 С.О 45Затем продолжают охлаждение со скоростью 20-30 С/мин до температурына 100-150 ОС ниже Ас,1, Затем охлаждают на воздухе до комнатной температуры, причем скорость охлаждения не 5регламентируют,П р и м е р, Термической обработкеподвергают заготовки из стали 15 Хдиаметром 25 мм, Для стали 15 Х Ас730 С, Ас= 840 С, Нагрев заготовки 55осуществлялся в индукционной установке ИК 1-250/2,4 мощностью 250 квт ичастотой тока 2400 Гц. 4Нагрев заготовок ведут до 970 ф Ссо средней скоростью 20 ф С/с , Перепад температур между поверхностью ицентром заготовок в момент окончаниянагрева не превышает 40 С. Затем заготовки по открытому транспортномуустройству подают в специальную камеру замедленного охлаждения, В процессе транспортирования осуществляетсяэтап охлаждения - на воздухе.Время охлаждения заготовок от температуры нагрева до 830-840 С составляет2 мин, В момент загрузки в камеру заоготовки имеют температуру 830-840 С.В процессе перемещения заготовок вкамере, благодаря ее конструктивнымособенностям, осуществляют иэтапы охлаждения: от 830-840 С до700-720 С со скоростью 6 С/мин (Н этап)а затем до 600-620 С со скоростью25 С/мин ( эап), Последующее охлаждение до комнатной температуры производят на воздухе (Я этап).Критериями оценки деформируемости стали после различных режимов термической обработки служат твердостьпо Бринеллю (НВ), истинное напряжение течения при одноосном сжатииlотносительное сужение при растяжении(1 ) и характеристики микроструктурыразмер ферритного зерна и его микротвердость (Н ), форма частиц карбид"ной фазы,БОУменьшение значений НВ,5, Н 1 иувеличение т указывают на снижениесопротивления деформации стали и повышение ее пластичности.Для обеспечения удовлетворительнойдеформации заготовок твердость ихдолжна быть около 140 кгс/мм , напряжение течения при степени деформации304 менее 65 кгс/мм , микротвердостьо 2феррита не выше 155 кгс/мм , относиЯтельное сужение более 704. Стуктурастали должна состоять из полиэдрического феррита (не менее 803) с размером зерен М 7-9 по шкале М 1ГОСТ 5639-65 и зернистого перлита сполностью сфероидизированными частицами карбидной фазы,Характеристики опробованных режимовприведены в табл. 1,Характеристики полученных структури свойств заготовок приведены в табл, 2,Опробование способа показывает,что нагрев заготовок до температур,лежащих выше точки Ас на 90-160 С,обеспечивает полное завершением -заготовок, проводимое со скоростью 20-30 ОС/мин заканичивать при темпе"о, ратурах ниже Ас -150 С, так как это приводит к удлинению процесса терми"ческой обработки без дополнительного раэупрочнения стали,После завершения регламентированного охлаждения заготовок на 111 этапеих дальнейшее охлаждение до цеховойтемпературы проводят на воздухе.Предлагаемый способ позволяет эффективно снизить сопротивление деформации и повысить пластичность стапревращения, снятие фазового наклепа 1 ) и формируЬт аустенитное зерно такого размера, которое при последующем охлаждении приводит к образованию структуры феррита и зернистого пер лита, не обладающего разноэернистос.-тью (режим 3-5 в табл.1 и 2).ФНагрев ро температур, лежащи 11 ниже чем Ас+90 С, приводит к тому, что при нагреве в структуре заготовок на"10 ряду с аустенитом присутствуют нерастворившиеся пластины карбидной фазы. Вследствие этого после охлаждения структура заготовок содержит около15 10 пластинчатого перлита, что снижает обрабатываемость давлением из-за повышенной твердости и сопртивления деформации, а также недостаточной пластинчатости (режим 6 в табл. 1 и 320При нагреве с заданной скоростьютдо температур, лежащих выше Ас + + 160 С,.имеет место недопустимый температурный перепад (70 ОС) между поверхностью и центром заготовок в конечный момент нагрева, что при последующем охлаждении приводит к значительной разноэернистости феррита по сечению и образованию ферритной палосчатости, Это вызывает резкое снижение пластичности заготовок (режим 7) .Скорость охлаждения заготовок от температуры нагрева до Ас (1 этап) существенной роли не играет, поскольку в этой области не происходит фазовых превращений. На данном этапе охлаждение следует вести на воздухе для уменьшения времени. При последующем охлаждении со скоростью 3-10 С/мин до температур, лежао 40щих в интервале между Ас 1 и Ас 1"110 С(11 этап) происходит превращение аустенита с выделением 80 сврбодного полиэдрического феррита, Как известно,45сопротивление деформации стали темниже, чем больше объемная доля свободного феррита в микроструктуре и нижеего микротвердость.Если скорость охлаждения в указан 50ном температурном интервале превышает10 С/мин, то количество свободногоферрита уменьшается, а микротвердостьего возрастает (режим 13 в табл. и 2,)Соответственно повышается сопротивле 55ние деформации стали и снижается еепластичность,Скорость охлаждения менее 3 С/минФна втором этапе охлаждения не приводит,1 6и к дополнительному увеличению долисвободного феррита, ни к снижениюего микротвердости, а также не уменьшает твердости и сопротивления деформации заготовок. Общая же длительность процесса обработки заготовок при этом возрастает (режим 12 в табл.1 и 2).Охлаждение со скоростями 3-10 С/ /мин до температур, превышающих Ас,(режим Й в табл,1 и 2) приводит к уменьшению доли феррита и увеличению доли перлита, что вызывает повышение сопротивления деформации и твердости заготовок.Охлаждение со скоростью 3"10 С/мин до температур, лежащих ниже Ас-Ь 0 С, приводит к появлению в структуре пластинчатого перлита (режим 15 в табл,1 и 2).. На 111 этапе охлаждения до температур, лежащих на 100-150 С ниже точки Ас 1, происходит распад переохлаж;денного аустенита с образованием перлита.Если скорость охлаждения при этомболее 30 С/мин, то завершение перлитного превращения происходит при болеенизких температурах, и продукты распадаобладают повышенной твердостью. Этоприводит к увеличению сопротивлениядеформации и снижению пластичности заготовок (режим 17 в табл,1 и 2).При скорости охлаждения меньше20 фС/мин образуется пластинчатый перлит, отрицательное влияние которого показано (режим 16 в табл.1 и 2).Не рекомендуется заканчивать ох" лаждение при температурах, превышаю.-.; щих Ас "100 С, так как при этом перлитное превращение завершается на воздухе, в силу чего продукты распада обладают высокой твердостью. Не рекомендуется также охлаждение; ли 15 Х, используемой для объемной холодной штамповки.98888 Характеристика режимовО С Чд С/мин и , фСИЬМпо этапамвыдержка 4 ч, охлаждениена воздухеОхлаждение на воздухедо температуры цеха По аналогу 77035 6720 40 65840 97045 25600 94043 30 100048 50 91041 105050 70 9720 40 97045 б720 30600 20600 40 65840 970 25600 фю,Режимы обработки По прототипу По предлагаемому способу По предлагаемому способу (граничный по температуре нагрева) По предлагаемому способу (выходящий за пределы температуры нагрева) По предлагаемому способу (граничный по скорости охлаждения) По предлагаемому способу (выходящий за пределы скорости охлаждения) Печной нагрев до 840 С, с печью до 600 С, далее 47202720 13720б7506680 8таблица 1Продолжение табл.1 е е е а е а еФ 4 Режимы рбработки Характеристика режимовееааеееееаеЬв, фС аааааеееее Ча, С/иьин и й , Спо этапам 4 аааеееееаееееееееее е ае 1,11 а Примечани е: Ся и Ги - температура и время нагрева заготовок, соответственно; в С - разница температур междуповерхностью и центром заготовки в момент достиженияповерхностью Фя, Ч . и йВ - соответственноскорость охлаждения и температура, до которойпроисходит охлаждение с заданной Чокер,:. Таблица 2 Характеристики микроструктур 301кгс Н 0кгсмм ааеа аеаРазмерзернаФеррита Нфркгс/мм Соотноаение структурных составляющих по этапам мм 710 803 Ф+20 П70 Ф+30 П100 А 80 ф +203 А 80 ф+20 П 11 1 1 а 1 62 129 136 70 Ф+10 П + 154988881 12 Продолжение табл. 2,еатващв ееа еще 630кгс НВ, кгсЯ мм Характеристики микроструктур Ф, ф(о составляющих Нфбо кгс/м тновение структурн по этапам+10 ЖПн н ф+20 ФП, 14 67 0 Ф+203 П 15 и м е ч а н и е: А - аустенит; фЗ " феррит зернистый (полиэдрический) П и П - зернистый и пластинчатый перлит соответственно. Ас-(АсфС), охлаждают со скростью3-10 град/мин, далее до температурыниже точки Ас на 100-150 С охлаждают со скоростью 20-30 град/мин, за"тем - на воздухе. формула изобретенияЭ Составитель А.Адаскинедактор Е, Лазуренко Техред М,Костик Корректор Г.Решетник Тираж 5 р 6 НИИПИ Государственного ко по делам изобретений и о 113035, Москва, Ж, РауЗаказ 10994/3 Подписноеитета СССРкрытийская наб Филиал ППП "Патент", г. Ужгород, ул, Проек 1 ная,Способ термической обработки заготовок, преимущественно из углеродистых и легированных сталей, содержащих менее 0,251 углерода, заключающийся в нагреве токами высокой частоты выше Эв температуры Ас с последующим охлаждением до комнатной температуры, о тл и ч а ю щ и й с я тем, что, с .целью повышения пластичности, нагрев заготовок осуществляют до температур на. 90- 35 160 С выше точки Ас и охлаждают на воздухе до точки Ас, от точки Ас до температуры, лежащей в интервале Источники информации,принятые во внимание при экспертизеГуляев Н,П,Юеталловедение. М.Металлургия", 1976, с, 308.2. Головин Г.ф., Зимин Н.В. Техноогия термической обработки металловприменением индукционного нагрева.