Способ изготовления изделий из аустенитной стали Советский патент 1993 года по МПК C21D8/06 

ел

с

Использование: изобретение относится к области металлургии и позволяет резко увеличить пластичность, снизить деформирующие напряжения и исключить старение без потери служебных свойств. Сущность: способ позволяет совместить в едином цикле сверхпластическую деформацию и термическую обработку, обеспечив при этом высокую степень автоматизации процесса. Деформацию осуществляют сразу после холодной пластической деформации при температуре 850-900°С в скоростном интервале 3 10 4-5-10 3с 1. 2 ил.

Изобретение относится к области металлургии, в частности к способам обработки металлов и сплавов давлением.

Цель изобретения - повышение техно- лргической пластичности при формообразу- ющей деформации путем перевода стали в сверхпластическое состояние.

Поставленная цель достигается тем, что при изготовлении изделий из высокоазотистой стали проводят закалку на твердый раствор, холодную пластическую деформацию с 0бжатием 50%, после которой осуществляют формообразующую деформацию пр;и температуре 850-900 С в скоростном интервале 3-10 с 1.

Холодная пластическая деформация и последующая формообразующая деформация в температурном интервале 85Q-900°C в условиях действующих напряжений обеспечивает быстрое образование структуры типа микродуплекс. Сформировавшаяся ультрадисперсная структура с размером порядка одного микрона у-аустенита и 0,1-0,5 мкм

карбонитридной фазы Mes(C,N) характеризуется устойчивым пластическим течением в заявляемых температурно-скоростных интервалах деформирования.

Поскольку ресурс технологической пластичности резко возрастает и составляет (б « 400%), а деформирующие напряжения падают на порядок и больше (оь 20. МПа), то в этих условиях изделие любой; сложности формы можно изготовить за одну операцию без промежуточных рекристалли-: зационяых отжигов. Кроме того, учитывая специфику комплексных реакций рекристаллизации и распада, присущих этому классу материалов, а также термическую стабильность сформировавшейся в началь- |ные этапы СПД микродуплексной структуры, уровень прочностных свойств после заявляемой обработки остается высоким и поэтому отпадает необходимость в проведении заключительной операции дисперсионного твердения.

00

о XI о

00

N

Для обоснования заявленных и запредельных параметров предлагаемого способа сверхпластической деформации проведен сравнительный анализ пластичности, деформирующих напряжений и коэффициента скоростной чувствительности напряжения течения в широком темпера- турно-скоростном интервале деформирования и в сравнении с известным способом обработки (см.таблицу). Из представленных данных видно, что наибольшие значения пластичности, резкое снижение деформирующих напряжений наблюдается в температурном интервале 850-900°С при скоростях деформирования, находящихся в интервале 3-10 -5-10 3 .

Снижение температуры испытания ниже 850°С выводит исследуемую сталь из режима СПД, при этом возрастают деформирующие напряжения, а пластичность падает. Повышение температуры выше 900°С приводит к огрублению структуры, росту зерна и размеров частиц карбонит- ридной фазы, такая деградация структуры приводит к неустойчивому течению, локализация деформации с образованием шейки. Также при температуре выше 950°С начинается процесс интенсивного порообразования. Таким обрааом, эти факторы не обеспечивают высокую повторяемость результатов испытания.

Рассмотрим выбор оптимального скоростного интервала проявления СПД. Из представленных данных видно, что при повышении степени деформации более чем 5-10 с происходит снижение технологической пластичности и возрастание деформирующих напряжений. Однако при этом нужно отметить следующее: в наших экспериментах деформация осуществлялась растяжением. Как отмечается во многих работах, переход к другим схемам деформирования, например осадке или объемной штамповке, сдвигает область сверхпластической деформации в сторону более высоких скоростей, приближающихся к скоростному диапазону серийных гидравлических прессов.

Уменьшение скоростей деформирования ниже 510с также приводит к некото- рому снижению технологической пластичности. Хотя ресурс пластических свойств достаточно высок, но из-за низких скоростей деформации, приближающихся к скоростному интервалу ползучести, использование на практике ОМД таких скоростей . нецелесообразно. Наиболее полно реологическое поведение материала в режиме СПД отражает показатель (т) скоростной чувствительности к напряжению течения. Анализ

графических данных (фиг, 1) также подтверждает правильность выбранного скоростного интервала деформирования. Таким образом, выбранный скоростной интервал

лежит в достаточно широкой области и составляет - .

Для обоснования степени предварительной холодной деформации перед СПД были выбраны два структурных состояния,

Первое-состояние пересыщенного твердого раствора, полученного закалкой от 1200°С. Этому состоянию соответствуют высокие деформирующие напряжения (Т 1000 МПа, относительное удлинение со- ставляетб 20-30%, а высокая степень деформационного упрочнения быстро исчерпывает при формоизменении ресурс пластичности. При последующем старении в интервале 650-900°С интенсивно развивается прерывистое выделение карбонитри- дов хрома Cr2(C,N) очень грубой дисперсности, при этом пластичность падает до 1-3%, а также происходит падение прочностных свойств. При высокотемпературной деформации (750-950°С) пластичностьнесколько возрастает, деформирующие напряжения снижаются, однако крупное зерно (D 50 мкм) и неблагоприятная морфология карбонитридной

фазы не обеспечивают сверхпластического течения. Наблюдается сильная локализация деформации, в приграничных районах и на межфазных границах образуются поры, в результате слияния которых формируется

магистральная трещина, приводящая к разрушению.

Реализовать высокую технологическую пластичнось при низком сопротивлении деформирующим напряжениям возможно путем перевода стали в сверхпластичное

состояние. Это достигается проведением холодной пластической деформации со степенью обжатия деформации Ј 50%. При последующем формоизменении в заявляемом температурно-скоростном интервале в самом начале процесса быстро развивают ся и одновременно протекают комплексные реакции рекристаллизации и распада сформированием структуры типа микродуплекс.

Для исследуемой стали, чем выше степень холодной пластической деформации, задаваемой перед СПД, тем дисперснее микродуплексная структура и устойчивее пластическое течение, а тем самым выше

ресурс технологической пластичности, В условиях СПД для температурного интервала 850-900°С не наблюдается существенного огрубления структуры.так как карбонитр ид- ные частицы, расположенные в тройных

стыках зерен, оказывают эффективное тормозящее влияние миграции границ и росту зерна.

Свойства стали после предложенного способа обработки остаются высокими.

Сопоставительный анализ с прототипом показывает, что заявляемое техниче- ское решение отличается тем, что формоизменение при СПД проводят при температуре 850-900°С и скорости дефор т- i к

мации 10

. Формоизменение в

условиях сверхпластичности становится возможным проводить за одну операцию глубокой вытяжки, штамповки и прочих операций ОМД. Учитывая, что для высокоазотистой стали впервые установлен эффект существования сверхпластичностй и определены оптимальные температурно-скоро- стные интервалы его существования, считаем, что заявляемое техническое решение соответствует критерию изобретения новизна. Принципиально важным является то. что в процессе сверхпластической де- формации одновременно с течением материала осуществляется формирование структуры типа микродуплекс с ультромел- ким зерном, при обеспечении высокого ресурса пластичности и. резком снижении деформирующих напряжений. Это позволяет использовать менее сложное оборудование и более дешевую штамповую оснастку.

Положительный эффект состоит в резком увеличении пластичности, снижении де- формирующих напряжений без потери служебных свойств. Эффект достигается за счет проведения формоизменения в условиях сверхпластической деформации.

Пример. Плоские заготовки толщиной 3 мм из сплава Х18АГ15Н7Ф, имеющего следующий химический состав, мас.%: Сг 18.2; Мп 14,6; Nl 7,01; SI 0,56; V 0,9; С 0.07; N 1,14; Fe- остальное, закаливали в воде на твердый раствор при 1200 °С в течение 5 мин и прокатывали в холодную с различными степенями обжатия. Образцы для исследования вырезали вдоль направления прокатки, они имели следующие размеры; длина 10 мм, ширина 5 мм, толщина 0,35 м. Испытания на растяжение при комнатной температуре проводили при скорости деформирования Ј с, а при температуре 850-900°С в интервале 5 на установке 1246Р-2/2500 в вакууме при остаточном давлении 4 1СГ, Па. Точность измерения температуры и поддержания ее постоянства в ходе растяжения была не хуже 1°С. Показатель скоростной чувствительности напряжения течения m dln 7/ylnЈ определяли методом

ступенчатого изменения скорости деформации. По результатам испытания определяли относительное удлинение после разрыва, характеризующего ресурс пластичности 5 5(%) и предел прочности ег(МПа). Служебные свойства изделий оценивали по результатам измерения микротвердости (Н/г) при нагрузке 100 г.

Для реализации известного способа 0 (прототипа) образцы закаливали в воде с 1200°С (выдержка 5 мин), прокатывали со степенью обжатия 50-70% и подвергали деформированию со скоростью 10-10° .

Для реализации предложенного спосо- 5 ба образцы закаливали в воде с 1200°С (выдержка 5 мин), прокатывали при комнатной температуре со степенью обжатия 50-80% и подвергали формообразующей деформации в температурном интервале 850-900°С со 0 скоростью е 3 10 ч-5-10 3с 1.

Полученные результаты сведены в таблицу.

На фиг, 1 и 2 показаны зависимости деформирующих напряжений (7(1), показаг 5 теля скоростной чувствительности к напряжению течения m (2) и относительного удлинения 6 (3) от скорости деформации Ј (с 1).

. 1)Тспд 850°С, Ј 50%; 0 2)Тспд 900°С, .

Результаты свидетельствуют о несомненном преимуществе предлагаемого способа сверхплэстической деформации по

5 сравнению с известным. Действительно, сталь при сверхпластической деформации более чем на порядок обладает лучшей технологической пластичностью.

В известном способе б.« 95-160%, в

0 предлагаемом 6 «350-400%. Кроме того, в обнаруженном температурно-скоростном интервале СПД наблюдается резкое снижение деформирующих напряжений (в известном способе сь« 90-200 МПа), в

5 предложенном оь 15-20 МЛа). Это резко снижает нагрузку на инструмент и его износ, обеспечивает более точное заполнение формы при объемной штамповке. Служеб- п ные свойства стали после СПД не; уступают

свойствам после известной обработки:

Таким образом, приведенные данные убедительно доказывают преимущества предложенного способа перед известным. Формула изобретения

Способ изготовления изделий из аусте- нитной стали, преимущественно высокоазотистой, включающий закалку, холодную пластическую деформацию со степенями обжатия , нагрев и деформацию

71807084 8

при температуре нагрева, о т л и ч а ю щ и- кости, нагрев ведут до 850 900°С. и с я тем. что, с целью повышения пластич- мацию со скоростью 3-10 -5-10 с .

.Показатели технологической пластичности, % {е числителе) и деформирующие напряжений. МПа (в знаменателе) в зя- . - -- , висммости от режимов СПД :