СПОСОБ ТЕРМОЦИКЛИЧЕСКОЙ ОБРАБОТКИ УГЛЕРОДИСТЫХ ИНСТРУМЕНТАЛЬНЫХ СТАЛЕЙ Российский патент 1997 года по МПК C21D1/78 

Изобретение относится к металлургии, в частности к способам термической обработки инструментальных углеродистых сталей, и может быть использовано для изготовления инструмента и деталей машин в машиностроении.

Известен способ термической обработки углеродистой стали, включающий многократные нагревы со скоростью 50 -150^oC/мин до Ac₁+(30 - 50^oC), охлаждение в цикле на воздухе до температуры 590 -610^oC и охлаждение после последнего цикла в воде или масле.

Недостатком указанного способа является то, что повышение пластичности стали не сопровождается необходимым уровнем ее прочностных свойств.

Наиболее близким по технической сущности (прототипом) является способ термоциклической обработки углеродистых сталей, включающий многократные нагревы выше Ac₁ на 30 50^oC, подстуживание на воздухе до температуры ниже Ac₁ на 30 -50^oC, снова нагрев выше Ac₃ на 30 70^oC, охлаждение в воде, после которого осуществляют отпуск при температуре 450 -500^oC для снятия внутренних напряжений.

К недостаткам данного способа относят то, что повышение пластичности стали не сопровождается необходимым высоким уровнем ее прочностных свойств, а также то, что способ трудоемкий и длительный. Так, для его осуществления необходимо проведение нагрева и охлаждения до 10 раз, что неизбежно приводит к окислению поверхности изделия и образованию окалины ввиду того, что весь процесс термообработки проводят на воздухе.

Сущность изобретения состоит в том, что в известном способе термоциклической обработки стали, при котором осуществляют нагрев выше Ac₁, охлаждение в цикле ниже Ac₁ и охлаждение в воде или масле после нагрева в последнем цикле с последующим отпуском, согласно изобретению, многократный нагрев проводят выше Ac₁ на 40 80^oC со скоростью 4 - 8^oC/с, а охлаждение в цикле осуществляют до температуры 250 -300^oC со скоростью 1 7^oC/с и отпуск проводят при температуре 160 240^oC.

Выполнение предлагаемого способа с такими режимами позволяет повысить ударную вязкость при сохранении высокой твердости, а также прочностные свойства стали при сохранении ударной вязкости за счет чередующегося повторения процессов взаимного растворения выделения между феррито-карбидной смесью и аустенитом, способствующего получению благоприятного структурного состояния в конечной структуре стали и возможности протекания процессов коагуляции и сфероидизации частиц избыточных фаз (сульфидов, фосфидов и др.), уменьшающих вредные влияния этих примесей. Охлаждение в цикле со скоростью 1 - 7^oC/с обеспечивает протекание процесса γ-α превращения в перлитной области с образованием мелкодисперсной феррито-карбидной смеси. Все это в конечном счете приводит к повышению прочности и пластичности стали, а отпуск при температуре 160 240^oC обеспечивает ее высокую твердость. Кроме того, в предлагаемом способе снижена длительность процесса за счет уменьшения количества циклов нагрева и охлаждения (в 3 4 раза).

Улучшение комплекса механических свойств позволяет повысить эксплуатационную стойкость инструмента, особенно испытывающего динамические нагрузки.

Примеры осуществления способа.

Способ осуществляется следующим образом. Берут образцы из стали У8 и У10 и подвергают нагреву до 790^oC со скоростью 4 8^oC/с в расплаве хлористых солей. Затем их охлаждают до температуры 280^oC путем переноса в камерную печь, нагретую до 280^oC. Затем образцы вновь нагревают до 790^oC путем переноса в первый расплав солей, охлаждают до 280^oC переносом в печь и т.д. после четвертого нагрева до 790^oC охлаждают в воде или масле (проводят закалку) с последующим отпуском при 200^oC.

Для получения сравнительных данных параллельно проводят термическую обработку по стандартной технологии: закалка плюс отпуск при 200^oC [3]
Пример по известному способу.

Берут образцы сталей У8 и У10 и подвергают пятикратному нагреву до 760^oC со скоростью 70 150^oC/мин и охлаждают на воздухе до 680^oC. Затем их нагревают до 810^oC и охлаждают в воде. Для снятия внутренних напряжений проводят отпуск при 450 500^oC с последующим охлаждением на воздухе [2]
Результаты приведены в таблице.

Использование предлагаемого способа термоциклической обработки инструментальной стали позволяет повысить ударную вязкость в 4 6 раз по сравнению с традиционной закалкой при сохранении высокой твердости, а также повысить прочностные свойства стали при сохранении ударной вязкости и снижении длительности процесса по сравнению с термоциклической обработкой по режиму известного способа. Улучшение комплекса механических свойств позволяет повысить эксплуатационную стойкость инструмента, особенно испытывающего динамические нагрузки.

Литература
1. Федюкин В.К. и др. Новые способы термоциклической обработки конструкционных сталей. Л. ДНТП. 1973, с. 5 10.

2. А.с. СССР N1379322, кл. C21D 1/78. Способ термоциклической обработки углеродистой стали.

3. Башкин Ю.А. Чмаков Б.К. Секей А.Г. Технология термической обработки стали. М. Металлургия, 1986, с.424.

Использование: изобретение относится к области металлургии и может быть использовано для термической обработки сталей при изготовлении инструмента и деталей машин в машиностроении. Сущность изобретения: термической обработке подвергают углеродистую инструментальную сталь, включающую многократный нагрев выше Ac₁ на 40 - 80^oC со скоростью 4 - 8^oC/с, охлаждение в цикле ниже Ac₁ до температуры 250 - 300^oC со скоростью 1 -7^oC/с, отпуск при температуре 160 - 240^oC. 1 табл.

Способ термоциклической обработки углеродистых инструментальных сталей, включающий многократные нагревы до температуры выше Ас₁ и охлаждения до температуры ниже Ас₁, охлаждение в воде или масле после нагрева в последнем цикле с последующим отпуском, отличающийся тем, что многократные нагревы проводят до температуры выше Ас₁ на 40 80^oС со скоростью 4 8 град/с, а охлаждение до 250 -300^oС со скоростью 1 7 град/с, отпуск осуществляют при 160 240^oС.