СПОСОБ ТЕРМОМЕХАНИЧЕСКОЙ ОБРАБОТКИ СТАЛЬНЫХ ИЗДЕЛИЙ Российский патент 2016 года по МПК C21D8/00 C21D1/78 

Описание патента на изобретение RU2588936C1

Предлагаемый способ относится к области машиностроения и может применяться для повышения механических свойств высокопрочных деталей, работающих при воздействии значительных динамических и циклических нагрузок.

Основными недостатками сталей в высокопрочном состоянии являются низкие показатели ударной вязкости, усталостной долговечности и трещиностойкости.

Известен способ термомеханической обработки стальных изделий (а.с. СССР №1321075, опубл. 10.06.1999, МПК C21D 8/00), включающий нагрев до температуры аустенизации, охлаждение, нагрев в межкритический интервал, выдержку, деформацию при этой температуре и охлаждение, отличающийся тем, что, с целью повышения прочности и ударной вязкости, выдержку в межкритическом интервале осуществляют с обеспечением перераспределения легирующих элементов. После деформации осуществляют дополнительный нагрев до температуры закалки, подстуживание в воде до температуры 15-30°C с выдержкой и охлаждение на воздухе.

Основным недостатком данного способа является повторный нагрев до температуры закалки, что приводит к дополнительным затратам на проведение термомеханической обработки.

Известен также способ термомеханически регламентированной обработки стальных изделий (заявка на изобретение РФ №96106747, опубл. 20.07.1998, МПК C21D 1/78), включающий аустенизацию, пластическую деформацию, подстуживание, формообразование для уменьшения разнозернистости и получения заданных механических свойств, подстуживание осуществляют со скоростью 70°C/с до температуры выше температуры начала мартенситного превращения. Последующий нагрев производят до температуры выше АС3 на 20-40°C и изотермическую выдержку при этой температуре, а на последнем переходе осуществляют деформацию со степенью 5-8%.

Основным недостатком данного способа является то, что в стали формируется структура бейнита, не обладающая высоким уровнем прочности и твердости, поэтому изделия, упрочненные таким способом, не могут эксплуатироваться при воздействии значительных динамических и циклических нагрузок.

Наиболее близким к предлагаемому способу является способ термомеханической обработки стальных изделий (прототип) (Бернштейн М.Л. Термомеханическая обработка металлов и сплавов. М.: Металлургия, 1968, т. 1, с.695), включающий нагрев до температуры аустенитизации, пластическую деформацию в процессе изотермической выдержки, охлаждение в области мартенситного превращения до комнатной температуры (закалку) и заключительный отпуск.

Основным недостатком данного способа является то, что в стали в результате закалки формируется структура мартенсита, обладающая высокими внутренними напряжениями, которые могут релаксироваться появлением закалочных микротрещин, что приводит к снижению показателей ударной вязкости, усталостной долговечности и трещиностойкости стальных изделий.

Задачей (техническим результатом) является повышение ударной вязкости, усталостной долговечности и трещиностойкости стальных изделий при сохранении их прочности.

Поставленная задача достигается тем, что в способе термомеханической обработки стальных изделий, включающем нагрев заготовки до температуры аустенизации, пластическое деформирование, промежуточное охлаждение в область температур мартенситного превращения, дополнительный нагрев до температуры промежуточного (бейнитного) превращения 350°C и окончательное охлаждение, промежуточное охлаждение после пластического деформирования осуществляют в расплаве селитры, нагретом до температуры 180-270°С, а пластическое деформирование заготовки осуществляют со степенью 20-40%. На фиг. 1 представлена схема высокотемпературной термомеханической обработки, реализующая способ, на фиг. 2 - таблица механических свойств стали 40Х2Н2МА после различных видов термического упрочнения.

Способ осуществляют следующим образом.

Нагревают заготовку до температуры аустенизации и производят пластическое деформирование заготовки со степенью 20-40%. Пластическое деформирование заготовки после нагрева до температуры аустенитизации со степенью 20-40% обеспечивает формирование в аустените полигонизованной равноосной субзеренной структуры с высокой стабильностью против статической рекристаллизации. При горячей деформации со степенью менее 20% в стали формируется крупнозернистая структура аустенита, что снижает эффект от термомеханической обработки. Увеличение степени деформации более 40% является нерациональным, т.к. не приводит к дальнейшему значительному уменьшению размера зерен в рекристализованной структуре аустенита после горячей деформации. Затем производят промежуточное охлаждение заготовки в расплаве селитры, нагретом до температуры 180-270°С. Охлаждение в расплаве селитры обеспечивает ускоренное охлаждение заготовки до температуры расплава селитры, в результате чего происходит частичный распад аустенита с образованием в стали 40-60% мартенситной фазы. Уменьшение температуры расплава селитры менее 180°С приводит к увеличению количества мартенсита (более 60%) и снижению усталостной долговечности и трещиностойкости стальных изделий. Обработка при температуре более 270°С увеличивает долю бейнитной составляющей и приводит к снижению прочностных характеристик стальных изделий. Затем осуществляют повторный нагрев заготовки до температуры промежуточного (бейнитного) превращения 350°. При этом оставшийся аустенит превращается в структуру нижнего бейнита, а образовавшийся ранее мартенсит отпускается. После чего производят окончательное охлаждение изделия.

Предлагаемая обработка имеет ряд достоинств. Горячая деформация приводит к измельчению зерен аустенита, способствует формированию при охлаждении развитой субструктуры α - твердого раствора и измельчению пластин мартенсита и бейнита. При обработке по предлагаемому способу мартенситное превращение характеризуется своей незавершенностью. Мартенситные кристаллы окружены аустенитом, обеспечивающим релаксацию внутренних напряжений в стали. Кроме того, мартенсит преимущественно образуется в микрообъемах, обедненных углеродом и обладающих повышенной температурой начала мартенситного превращения Мн, что способствует образованию в структуре стали реечного мартенсита, характеризующегося повышенной трещиностойкостью. В результате такой обработки в стали формируется мелкодисперсная смешанная структура, состоящая из нижнего бейнита и продуктов отпуска мартенсита, обеспечивающая повышенную ударную вязкость, усталостную долговечность и трещиностойкость материала изделия при сохранении его высокой прочности.

Пример конкретного выполнения термомеханической обработки изделий из стали марки 40Х2Н2МА со смешанным мартенсито-бейнитным превращением аустенита по предлагаемому способу.

Заготовки из стали нагревают до температуры аустенитизации 910°С и выдерживают при этой температуре в течение 20 минут. Затем производят деформацию заготовок со степенью 40% с последующим ускоренным охлаждением в расплаве солей при температуре 270°С в течение 5 минут. Дальнейшую изотермическую выдержку производят в камерной печи при температуре промежуточного превращения 350°С. Окончательное охлаждение полученных изделий осуществляют на спокойном воздухе.

Способ высокотемпературной термомеханической обработки стальных изделий с мартенсито-бейнитным превращением аустенита (ВТММБ) позволяет обеспечить их высокую прочность, ударную вязкость, усталостную долговечность и трещиностойкость. Стальные изделия, обработанные по технологии ВТММБ, при сопоставимых показателях прочности имеют показатели ударной вязкости полтора раза, а усталостной долговечности при малоцикловой усталости в два раза выше по сравнению с изделиями, упрочненными по известной технологии высокотемпературной термомеханической обработки. Новый технологический процесс целесообразно применять для упрочнения поковок деталей машин, изготавливаемых с использованием технологии горячей объемной штамповки.

Преимущества предлагаемого способа перед прототипом показаны в таблице, приведенной на фиг. 2.

Похожие патенты RU2588936C1

название год авторы номер документа
Способ термомеханической обработки инструмента 1978
  • Золотухина Ирина Николаевна
  • Брусиловский Борис Аркадьевич
  • Гетманский Александр Прокофьевич
SU742473A1
СПОСОБ ТЕРМОМЕХАНИЧЕСКОЙ ИЗОТЕРМИЧЕСКОЙ ОБРАБОТКИ ИЗДЕЛИЯ!2 1973
SU378446A1
Способ изготовления стальных изделий 1990
  • Эстрин Эммануил Исаакович
  • Серебряков Виктор Генрихович
  • Носова Ирина Васильевна
  • Гуревич Яков Борисович
  • Шлямнев Анатолий Петрович
  • Быковский Геннадий Сергеевич
  • Яськин Владимир Николаевич
  • Рассолов Вячеслав Сергеевич
SU1749258A1
СПОСОБ НЕПРЕРЫВНОЙ ТЕРМООБРАБОТКИ ДЛИННОМЕРНЫХ СТАЛЬНЫХ ИЗДЕЛИЙ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ 2001
  • Пасечник Н.В.
  • Крылов В.С.
  • Сивак Б.А.
  • Крылов С.В.
  • Шуляев Ю.П.
RU2200202C2
СПОСОБ ОБРАБОТКИ ИЗДЕЛИЙ 1990
  • Боровский С.М.
  • Маслов Н.Б.
  • Павлячек И.В.
  • Гриценко Г.В.
  • Садыгов Т.И.
RU2068003C1
Способ термомеханической обработки заготовок из доэвтектоидных углеродистых сталей 1978
  • Стародубов Кирилл Федорович
  • Фролов Валерий Константинович
  • Децюра Константин Яковлевич
  • Сиухин Александр Федорович
  • Колпак Виктор Потапович
  • Хусид Осип Семенович
SU767222A1
Способ изготовления кольцевых деталей 1982
  • Кошелев Борис Семенович
  • Коджаспиров Георгий Ефимович
  • Яйленко Фридрих Григорьевич
  • Степанов Евгений Викторович
  • Яковлев Лев Евгеньевич
  • Рыбин Валерий Васильевич
SU1016378A1
СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ВЫСОКОПРОЧНОГО СТАЛЬНОГО ИЗДЕЛИЯ И СТАЛЬНОЕ ИЗДЕЛИЕ, ПОЛУЧЕННОЕ ТАКИМ ОБРАЗОМ 2015
  • Арлазаров, Артем
  • Чжу, Канйин
RU2688092C2
Способ производства горячекатаных листов из низколегированной стали класса прочности К60 толщиной до 40 мм 2018
  • Матросов Максим Юрьевич
  • Сахаров Максим Сергеевич
  • Сычев Олег Николаевич
  • Липин Виталий Климович
  • Михеев Вячеслав Викторович
  • Чебыкин Михаил Павлович
  • Никонов Сергей Викторович
  • Мишнев Петр Александрович
  • Митрофанов Артем Викторович
  • Гаврилова Анастасия Геннадьевна
RU2675891C1
СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ИЗДЕЛИЙ ИЗ ГОРЯЧЕКАТАНОГО СТАЛЬНОГО ЛИСТА ГОРЯЧЕЙ ШТАМПОВКОЙ 2016
  • Зайцев Александр Иванович
  • Арутюнян Наталия Анриевна
  • Карамышева Наталия Анатольевна
  • Колдаев Антон Викторович
  • Степанов Алексей Борисович
  • Гришин Александр Владимирович
  • Липгарт Ирина Андреевна
RU2630082C1

Иллюстрации к изобретению RU 2 588 936 C1

Реферат патента 2016 года СПОСОБ ТЕРМОМЕХАНИЧЕСКОЙ ОБРАБОТКИ СТАЛЬНЫХ ИЗДЕЛИЙ

Изобретение относится к области машиностроения, в частности к обработке высокопрочных изделий, работающих при воздействии значительных динамических и циклических нагрузок. Для повышения ударной вязкости, усталостной долговечности и трещиностойкости стальных изделий при сохранении их прочности за счет формирования в стали дисперсной смешанной мартенсито-бейнитной структуры, надежности высокопрочных изделий способ включает нагрев заготовки до температуры аустенизации, пластическое деформирование, промежуточное охлаждение в область температур мартенситного превращения, дополнительный нагрев до температуры промежуточного (бейнитного) превращения 350°C и окончательное охлаждение, при этом промежуточное охлаждение после пластического деформирования осуществляют в расплаве селитры, нагретом до температуры 180-270°C, а пластическое деформирование заготовки осуществляют со степенью 20-40%. 2 ил.

Формула изобретения RU 2 588 936 C1

Способ термомеханической обработки стальных изделий, включающий нагрев изделия до температуры аустенизации, пластическое деформирование, промежуточное охлаждение в область температур мартенситного превращения, дополнительный нагрев до температуры промежуточного бейнитного превращения 350°C и окончательное охлаждение, отличающийся тем, что промежуточное охлаждение после пластического деформирования осуществляют в расплаве селитры до температуры 180-270°C, а пластическое деформирование заготовки осуществляют со степенью 30-40%.

Документы, цитированные в отчете о поиске Патент 2016 года RU2588936C1

СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ КОНЦЕВОГО МЕДИЦИНСКОГО ИНСТРУМЕНТА ИЗ НЕРЖАВЕЮЩЕЙ СТАЛИ 1992
  • Тарасов А.Н.
  • Панфилов В.А.
  • Виницкий А.П.
RU2034046C1
СПОСОБ ТЕРМИЧЕСКОЙ ОБРАБОТКИ ПРУЖИН ИЗ КРЕМНИСТОЙ СТАЛИ 2004
  • Околович Г.А.
  • Околович А.Г.
  • Ларещева О.С.
RU2257418C1
СПОСОБ ТЕРМИЧЕСКОЙ ОБРАБОТКИ ШТАМПОВ И ПРЕСС-ФОРМ 2013
  • Афонин Борис Владимирович
  • Великолуг Александр Михайлович
  • Воронин Павел Вячеславович
  • Воронин Роман Павлович
  • Макаров Сергей Стефанович
  • Салов Александр Иванович
  • Ярмолович Галина Михайловна
RU2527575C1
Способ обработки деталей из высокопрочных сталей 1988
  • Чертов Владилен Маркович
SU1585351A1

RU 2 588 936 C1

Авторы

Попелюх Альберт Игоревич

Никулина Аэлита Александровна

Попелюх Павел Альбертович

Юркевич Мария Руслановна

Даты

2016-07-10Публикация

2015-03-05Подача