Способ деформационно-термической обработки стали Советский патент 1992 года по МПК C21D8/00 

Изобретение относиУся к металлургии, а именно к деформационно-термическому производству поковок, и может быть использовано для улучшения механических свойств, в частности сопротивления хрупкому разрушению тяжело нагруженных деталей машин, например шестерен из малоуглеродистых экономнолегированных сталей.

Повышение сопротивления хрупкому разрушению возможно за счет высокотемпературной термомеханической обработки (ВТМО). Для осуществления ВТМО требуются специальные средства ускоренного охлаждения (закалки) деформированного аустенита, а полученная таким способом сталь обладает высокой твердостью (HRC40), что затрудняет ее дальнейшую обработку резанием или холодную деформацию.

Известен способ, согласно которому среднеуглеродистую легированную сталь марки 50X3 подвергают двухступенчатой

деформации прокаткой вначале при 1100- 980°С, затем при 790-820°С Агз-(Агз+30)°С за 5-8 пропусков с частными обжатиями 15-20%, охлаждению на воздухе до температуры (An-20)-(Ari-50)°C (650-700°С) и выдерживают при этой температуре до конца перлитного превращения.

Недостатком известного способа является многократное деформирование с небольшими разовыми обжатиями и сравнительно медленное охлаждение на воздухе от температуры конца прокатки до температуры изотермической выдержки, что обуславливает существенный градиент температуры по толщине проката, частичную рекристаллизацию и соответствующее различие структуры и механических свойств (например, твердости).

Целью изобретения является повышение ударной вязкости и однородности свойств по толщине поковок.

Поставленная цель достигается тем, что согласно способу деформационно-термичеXI

сл ю XI о о

ской обработки стали, включающему горячую пластическую деформацию, охлаждение до температуры перлитного превращения и изотермический отжиг, деформацию осуществляют в три стадии: сначала с разовым обжатием 60-70%, затем 20-30% при Асз+(20-50)°С, а охлаждение до температуры перлитного превращения производят со скоростью, при которой сохраняется структура деформированного аустенита до начала изотермической выдержки.

Большая первичная деформация 60- 70% обеспечивает сравнительно мелкое ре- кристаллизованное аустенитное зерно (30-50 мкм), вторичная деформация 20- 30% при 950-1000°С (Асз+(ЮО-150)°С приводит к дальнейшему измельчению аустенитного зерна (10-20 мкм), однородного по всему поперечному сечению, а окончательная деформация 7-10% при 820-870°С Асз+(20-50)0С ведет к образованию полигональной субструктуры, Быстрое охлаждение стали от температуры конца деформации до температуры изотермической выдержки обеспечивает сохранение мелкозернистой, полигонизованной структуры деформированного аустенита и дисперсное строение феррито-перлитной структуры после изотермического превращения, что обуславливает достижение высоких значений ударной вязкости стали.

- Первичная деформация при температуре выше 1100°С и вторичная выше 1000°С в результате интенсивного роста аустенитного зерна приводит к снижению ударной вязкости и сопровождается значительным окалинообразованием. Снижение этих температур (менее 1050 и 950°С) как и увеличение степени деформации (более 70 и 30%) соответственно ведет к повышенному износу инструмента, а уменьшение степени деформации (менее 60 и 20%) - к большой неоднородности распределения температуры и соответственно твердости по сечению поковок,

. Повышение температуры (более 870°С) и степени конечной деформации (более 10%) приводит к процессу динамической рекристаллизации и поэтому к снижению ударной вязкости, а понижение температуры (менее 820°С и степени деформации (менее 7%) - к образованию ячеистой субструктуры с высокой плотностью дислокаций, неравномерной по толщине поковки, что ведет к ухудшению обрабатываемости резанием и неоднородности свойств (твердости).

Охлаждение до температуры перлитного превращения производится со скоростью, при которой сохраняется структура

0

5

деформированного аустенита до начала изотермической выдержки, что необходимо для образования мелкозернистой феррито-перлитной структуры и достижения высоких значений ударной вязкости стали.

Охлаждение с меньшей скоростью приведет к снижению плотности дислокаций в аустените, как следствие, к меньшей дисперсности перлита и соответственно к снижению ударной вязкости стали.

Охлаждение с большей скоростью вызовет значительный перепад температуры и соответственно большие различия в структуре и твердости по толщине поковок.

На чертеже представлена диаграмма

изотермического превращения аустенита

стали 2ХГТ и температурно-временные схе0 мы обработок предлагаемым способом (1) и

известным (2).

Пример. Заготовку стали 25ХГТ (0,26% С, 1,1% (Ж 0,9% Мп, 0,02% Ti) диаметром 90 мм, высотой 150 мм деформируют на прессе осадкой при 1100°С до высоты 50 мм (обжатие 67%), штампуют при 980°С с обжатием 25%, а затем проводят прошивку отверстий и обрубку облоя при 850°С (обжатие 8%) и сразу же помещают в ванну с расплавом солей при 650°С, где выдерживают 30 мин до конца перлитного превращения.

Время до начала перлитного превращения в области минимальной устойчивости деформированного переохлажденного аустенита стали 25ХГТ составляет 10 с, что обусловило скорость охлаждения от температуры конца деформации приблизительно 50°С/с. Из заготовок вырезают образцы для испытания на ударную вязкость, а также темплеты для измерения твердости по толщине поковки. Твердость стали после такой обработки по всей толщине была в пределах 160-163 НЕЈа ударная вязкость 200 Дж/см.

Аналогично описанной обработке проводят обработку по режимам, температурно- деформацирнные параметры которых соответствуют предлагаемым, а также выходят за предлагаемые пределы.

Режимы обработок и результаты испытаний приведены в таблице.

Как показано в таблице, обработка стали 25ХГТ по режимам в пределах предлагаемого способа обеспечивает высокие 5 значения ударной вязкости (205-210 Дж/см2) и незначительные различия твердости на поверхности и в центре поковок. Обработка по вариантам, выходящим за пределы предлагаемого способа так же, как обработка по известному варианту приводят к снижению

5

0

5

0

5

0

ударной вязкости и большему различию твердости на поверхности и в центре.

Таким образом, предлагаемый способ обработки в сравнении с прототипом позволяет достичь максимальные значения удар- ной вязкости и практически одинаковую твердость по толщине поковок.

Достигаемый комплекс механических свойств на ниэкоуглеродистой экномноле- гироваиной стали обеспечивает хорошую обрабатываемость резанием, а изготовленные шестерни после обычно применяемых цементации и закалки с низким оптуском обладают повышенным служебными характеристиками, что обус- лавливает экономический эффект предлагаемой деформационно-термической обработки. Кроме того, эта обработка является энергосберегающей, так как при этом устраняется обычно применяемая нор-

мализация поковок с отдельного нагрева до 950-1000°С.

Формула изобретения Способ деформационно-термической обработки стали, включающий горячую пластическую деформацию, с проведением первой ее стадии при температуре Асз+(ЮО-250)°С, охлаждение до температуру перлитного превращения и изотермический отжиг, отличающийся тем, что, с целью повышения ударной вязкости и однородности свойств по толщине, деформацию осуществляют в три стадии с разовыми обжатиями, 60-70% на первой стадии, затем 20-30% при Асз+000-150)°С и 7-10% при Асз+(20-50)0С, а охлаждение до температуры перлитного превращения производится со скоростью, при которой сохраняется структура деформированного аустенита до начала изотермической выдержки.

Сущность: заготовку стали 25ХГТ диаметром 90 мм, высотой 150 мм деформируют на прессе осадкой при 1100°С до высоты 50 мм (обжатие 8%), помещают в ванну с- расплавом солей при 650°С, выдерживают 30 мин до конца перлитного превращения и охлаждают на воздухе, 1 табл., 1 ил.

Примечание. Температура критической точки Дс 850 С.

Деформации по вариантам 1-10 осущестэляют однократно, а по варианту (прототип) - за 5 раз при первичной и 3 раза при вторичной обработке с частными обжатиями 15-18%.

Ш

т