Способ термообработки изделий Советский патент 1992 года по МПК C21D1/42 C21D6/00 

Изобретение относится к металлургии, в частности к способам скоростной закалки нержавеющих сталей

Известны способы термообработки сталей с нагревом под закалку токами высокой частоты (ТВЧ) В известных способах скоростной индукционный нагрев осуществляют со скоростями 150-5001С/с обычно на 100- 150°С выше оптимальных температур при обычном печном нагреве В результате такой обработки увеличиваются ударная вязкость, твердость и усталостная прочность конструкционных сталей. Вместе с тем, известные способы скоростной закалки ТВЧ как правило не обеспеччвают сквозной прогрев деталей и не позволяют при используемых параметрах Haipeea одновременно повышать прочностные, пластические свойства, ударную вязкость и износостойкость сталей

Известен способ термической обработки стальных детапей высокой точности, заключающийся в проведении предварительной термообработки на троостит или сорбит и последующего лазерного облучения рабочих поверхностей деталей. Недостатками известного способа являются малая глубина упрочненной зоны (0,75 мм) и невозможность повышения комплекса механических свойств.

Наиболее близким техническим решением, выбранным в к ачестве прототипа является способ лазерной закалки заключающийся в проведении предварительной термообработки (закалки и отпуске 300-600°С) и лазерной закалки поверхностного слоя детали. Недостатками известного способа являются невозможность повышения комплекса механических свойств (прочности, пластичности, вязкости, износостойкости) в объеме детали и малая глубина упрочненной зоны (не более 1,05 мм)

VI

00

ю ю

Сл)

со

Целью предложенного способа является повышение механических свойств изделий.

Указанная цель достигается тем, что в предложенном способе термической обработки изделий преимущественно из нержавеющих сталей, включающем улучшение, скоростной нагрев и охлаждение, скоростной нагрев ведут до Асз+(370-450)°С, а затем проводят низкотемпературный отпуск. При этом осуществляют объемный скоростной нагрев детали.

При последующем скоростном нагреве ТВЧ обеспечивается объемный (сквозной) прогрев испытываемых образцов. Более высокая температура скоростного нагрева Асз+(370-450°С), чем в известных способах, но отсутствие выдержки, с одной стороны, исключает полное растворение карбидов и гомогенизацию аустенита. (хотя все известные способы закалки предусматривают выравнивание химсостава аустенита) с другой стороны, обеспечиваются достаточное растворение в аустените углерода и хрома и необходимое упрочнение мартенсита. В результате при закалке по предложенному способу сохраняется мелкозернистая структура, образуется гетерогенная дисперсная смесь мартенсита, карбидов и повышенное количество (18-20%) метастабильного остаточного аустенита, равномерно распределенного в структуре, Присутствие последнего наряду с другими структурными факторами и обусловливает одновременное повышение комплекса механических свойств, т.к. при деформации в процессе испытаний или при эксплуатации он претерпевает превращение в мартенсит. Это сопровождаетсядополнительнымсамоупрочнением и, одновременно, релаксацией микронапряжений, что и вызывает ЭДШв ремённое повышение прочностных, пластических свойств, ударной вязкости и износостойкости сталей.

Скоростной объемный нагрев в предложенном способе осуществляют индукционным методом токами -высокой частоты в одинаковых условиях со скоростями в интервале 200-50°С/с, т.к. начальная скорость по мере нагрева резко уменьшается при переходе стали из ферромагнитного в парамагнитное состояние при температуре 768°С.

Нагрев сталей до температур меньших Асз+370°С с указанными скоростями не обеспечивает достаточное насыщение аустенита углеродом и хромом, вследствие чего образуется низкоуглеродистый мартенсит пониженной твердости и недостаточное количество (или отсутствие) метастабильного

остаточного аустенита. В результате не обеспечивается повышение прочностных свойств.

Скоростной нагрев до температур больших Асз+450°С с указанной скоростью вызывает почти полное растворение карбидов в аустените, быстрый рост аустенитного зерна и даже оплавление, что снижает все механические характеристики сталей.

0 Для получения указанного выше структурного состояния и достижения цели изобретения перед скоростной закалкой проводят улучшение, обеспечивающее формирование структуры сорбит отпуска с рав5 номерным распределением карбидов в ферритной матрице. В процессе скоростного нагрева в указанных условиях феррит превращается в аустенит и, вследствие отсутствия выдержки растворение карбидов

0 лишь начинается, но не завершается по окончании нагрева. В результате образуется гетерогенная дисперсная смесь мартенсита, полностью нерастворенных карбидов и равномерно распределенного остаточно5 го аустенита с мелким зерном, что и позволяет реализовать цель изобретения. Другие исходные структурные состояния не обеспечивают формирование описанных выше структур при последующей скоростной за0 калкиТВЧ и не реализует цели изобретения. Низкотемпературный отпуск проводится для уменьшения внутренних напряжений, стабилизации до определенного уровня остаточного аустенита и повышения

5 пластичности сталей.

Предложенный способ термообработки нержавеющих сталей опробован в производственных условиях ПО Азовмаш. Стандартные образцы для механических

0 испытаний из стали 20X13 (разрывные гага- ринские, ударные сечением 10x10 мм с U-об- разным надрезом, на кручение диаметром рабочей части 6 мм) предварительно подвергали улучшению (закалка с 1050°С и от5 пуск при температуре 720°С), После этого по одному образцу помещали в кольцевой од- новинтовый индуктор диаметром 100 мм симметрично относительно плоскости индуктора, обеспечивая при этом их осевое

0 расположение. Скоростной объемный равномерный нагрев всего образца осуществляли токами высокой частоты от лампового генератора ЛЗ-207 с параметрами работы: анодный ток 7 А, частота тока 60 Гц, напря5 жение на контуре 6 кВ, мощность- контура 200 кВт, скорость нагрева составляла 200- 50°С/с. Время нагрева изменяли от 15 до 19,5 с, а температуру соответственно варьировали от 1000 до 1450°С. По истечении заданного времени нагрева образцы охлаждали в масле, после чего проводили низкотемпературный отпуск при температурах 200-250°С. Испытания механических свойств сталей после термообработки по предложенному и известному способам проводили в лабораторных условиях Мариупольского металлургического института. Испытания на растяжение осуществляли на разрывной машине Р-4, на кручение - на машине КМ-50-1, на ударную вязкость - на маятниковом копре МК-30. на износ - на машине МИ-1М.

Результаты механических свойств приведены в таблице.

Из таблицы следует, что после термо- обработки по предложенному способу со скоростным нагревом до оптимальных температур Асз+(370-450°С) прочностные ( «в, (R.2 , Гпч . Яэ.з, пластические ( д , ty, g) характеристики, ударная вязкость и износо- стойкость значительно выше, чем после скоростной закалки по способу прототипа, а также чем после обычной закалки с нагревом в печи.

Эффективность предложенного способа заключается в существенном повышении комплекса механических и эксплуатационных свойств, долговечности деталей и экономии легированных сталей.

Формула изобретения

1.Способ термической обработки изделий, преимущественно из нержавеющих сталей, включающий улучшение, скоростной нагрев, охлаждение, о т л и-, чающийся тем, что, с целью повышения механических свойств изделий, скоростной нагрев ведут до Асз+(370-450)°С. а затем проводят низкотемпературный отпуск.

2.Способ по п. 1, отличающийся тем, что осуществляют объемный скоростной нагрев детали.

Использование: изобретение относится к металлургии, в частности к способам скоростной закалки нержавеющих сталей с 13% хрома. Сущность: сталь 20X13 подвергают скоростному нагреву, охлаждению и низкотемпературному отпуску, при этом скоростной нагрев ведут до температуры Асз+(370-450)0С, а перед ним проводят улучшение В результате термообработки по предложенному способу существенно повышаются комплекс механических и эксплуатационных свойств нержавеющих сталей, долговечность деталей, экономятся легированные стали. 1 з п. ф-лы, 1 табл.

УлЈянин Е.А Корроэионностойкие стали и сплавы -М Мггэяяурт. 1980. с. 47