Способ термической обработки деталей Советский патент 1980 года по МПК C21D6/00 C21D1/78 

(54) СПОСОБ ТЕРМИЧЕСКОЙ ОБРАБОТКИ ДЕТАЛЕЙ

1

Изобретение относится к машиностроению, преимущественно инструментальному производству, и может быть использовано при изготовлении дета- лей, работающих в условиях высоких динамических нагрузок и резких теплосмен .

В современном инструментальном производстве для изготовления штам- ц. пов горячего деформирования и прессформ литья металлов под давлением применяют высокопрочные легированные стали мартенситного класса.

Основным направлением повышения ц .надежности в работе такбго инструмента является обеспечение максимально возможной пластичности и вязкости материаша инструмента при установленных рабочих значениях прочности и 20 твердости за счет измельчения зерна в стали.

Общеизвестные способы термической обработки с целью измельчения зерна 25 в сталях не всегда пригодны или недостаточно эффективны для достижения этой цели в сталях, имеющих высокую, склонность к проявлению структурной наследственности:30

проведение нормализации и отжига по стандартным режимам не приводит . к получению однородной мелкозерниЬ- той структуры в готовой детали при исходном крупном зерне в стали;

проведение многократных закалок 1 и термоциклирования 2 применимо только для деталей небольшого сечения и -простой конфигурации, а применение скоростного нагрева требует, кроме того/ специализированного оборудования..

Наиболее близким к предлагаемому является способ термической обработки металлов и сплавов, включающий отжиг, закалку и отпуск, заключающейся в проведении отжига по режиму 3.

Способ заклйчается в следующем. Детали нагревают до температуры на 20... вьаие температуры полиморфного превращения. После вьщержки при данной температуре детали охлаждают на воздухе до температуры на 20... ниже температуры полиморфного превращения и выдерживают при этой температуре в течение времени, достаточного для прохождения первичной рекристаллизации твердого раствора. после чего детали охлаждают до комнатной температуры. Этот способ обработки является эффективным методом рафинирования структуры металлов и сплавов. Однако в случае обработки по даннЕзМ режимам сталей, легированных вольфрамоме молибденом и дополнительно упрочняемых ниобием, титаном или ванадием, сравнительно вьасокая скорость охлаждения деталей на воздухе с температуры аустенизации при отжиге способстБ.уаг сохранению высокой легирован ности твертдого раствора, что задерживает его первичную рекристаллизацию, .;ас.;о до времени, практически. непрлемшемого. Образующиеся в процессе длительной изотермической выдержки термически устойчивые сетки вторичных фаз по границамзерен пре пятстзуют структурной перекристалли зации с измельчением зерна в стали при последуюгдей аустенизации под закалку, а также способствуют прояв лению структурной наследственности в ееизломе. В результате ожидаемого измельче ния зерна в стали и позьаиания ее пласгичности и вязкости не наблюдается , Целью изобретения является поньлление пластичности и вязкости высокопрочных легированных сталей яз. счет изг/ ельчения зерна. Поставленная цель достигается тем, что в известном способе терг шческой обработки стсшей,- Бклгочающем операции отжига с изoтep ичecкoй вы дер/.кхой при температуре на 20-150°С ниже температуры полиморфного превращения, закалки и отпуска, охлаждбгп-iG в аустенитной области с темпе рз-гуры отжига осуществляют до изотермической выдержки со скоростью 100... Такой режим отжига приводит к полному выделению вторичных фаз в объеме стали и к обеднению твердого расттзора легируюн1И1ЧИ элементами; по следующая аустенизация стали под закг1лку делает возможной структурног перекристаллизацию с измельчением зерна« Увеличение скорости охлаждения в аус;тенитной области с температуры рекристаллизационного отжига выше 10(1-/час значительно подавляет ление вторичных фаз, в результате чего возрастает длительность изотер мичес1 ;ого распада аустенита. Так, например, в стали 4Х4ВМФС-Ш {ДИ22- Ш) при скорости охлаждения 100°/час распад аустенита в структу ре перлитного типа при температуре 12Q°C завершается через 6,..8 час, а при скорости охлаждения через 25... 30 час. Скорости охлаждения меньше 20°/ч не исследовались в связи с экономической нецелесообразностью их про Ш шлeннoгo применения. Пример осуществления предлагаемого способа. С целью измельчения зерна стали 4Х4ВМФС-и(ДИ22-{1) образцы данной стали диаметном 25 мм и длиной 60 мм с исходным размером зерна аустенита № 2 и h 5 (по ГОСТ 5639-65) подвергались отжигу, закалке и отпуску на твердость 48...52 ед. HRC по следующим режимам. Отжиг. Образцы нагревают в электропечи до температуры 1150 10 С, выдерживают 2 час, после чего охлаждают вместе с электропечью со скоростью 100°/час (вариант 1) и 20°/час (вариант № 2) до температуры 720 ± 10°С и выдерживают при этой температуре в течение 10 час, дальнейшее охлаждение производят на воздухе до температуры 20±5°С. Закалка. Образцы нагревают до температуры 1060110°с, выдерживают 2 час, после чего охлаждают в масле (веретенное № 3) до температуры 20±5С. Отпуск двойной. Первый отпуск производят при температуре 610±10°С с выдержкой 1,5 час, второй отпуск - при 580 с выдержкой 1,5 час; охлаждение с температуры отпусков производят на воздухе до температуры 20±5°С. Для получения сравнительных данных параллельно, проводилась термическая обработка образцов стали 4Х4ВМФС-Ш(ДИ22-и) по такой же схеме с использованием известного режима отжига (вариант 3). После выполнения термической обработки по трем вариантам производилась оценка величины зерна аустенита и механических свойств материала образцов. Результаты исследования представлены в таблице, где Оц - ударная вязкость материала, кгс/ см , HRC - твердость Материала по Роквеллу, ед. Вариант I 1 2 7„ ..8 2,6.50 5 9 3,6550...51 Вариант № 2 2 82,650...51 5 93,6550...51 Вариант № 3 2 3. . ,4 2,647...48 5. , .6 3,3548

Аналогичные результаты получены и для других марок сталей данного класса.

Использование предлагаемого способа термической обработки высокопрочных легированных сталей обеспечивает по сравнению с существующими способами следующие преимущества:

получение более высоких значений пластичности и вязкости материала за счет измельчения зерна при установленных значениях прочности и твердости;

возможность реализации более высоких значений прочности и твердости деталей, работающих при высоких динамических нагрузках и резких теплосменах;

возможность исправления крупнозернистой или разнозернистой структуры в сталях, склонных к проявлению структурной наследственности.

. Формула изобретения Способ термической обработки деталей, преимущественно из высокопрочных легированных сталей, включающий высокотемпературный отжиг с изотермической выдержкой в процессе охлаждения при температуре на 20150°С ниже температуры полиморфного превращения, закалку и отпуск, отличающийся тем, что с целью повышения пластичности и

р вязкости за счет измельчения зерна, охлаждение с температуры отжига до изотермической выдержки производят со скоростью 20-100 /час.

Источники информации,

5 принятые во внимание при экспертизе

0

3.Авторское свидетельство СССР № 471398, кл. С 22 F 1/00, 1973.