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

f

Изобретение относится к машиностроению и может быть использовано при термической обработке крупных полуфабрикатов из мартенситностарею- jj щих сталей, применяемых для изготовления деталей и узлов ответственного

назначения....

Известны способы термической обработки, включающие закалку с последуго- Q щим старением 1.

Однако они ие позволяют ббеспечить в крупных поковках мартвйситностареющих сталей- высокую конст рук ивную прочность в направлении поперек волокг на из-за неоднородности структуры и значительной анизотропии мехади 1еских свойств. Поэтому перед закалкой проводят гомогенизирующую термообработку.

Известен также способ термообработгки мартенситностареющих сталей, позволяющий повысить степень гомогенности металла и уменьшить анизотропию механических свойств, термообработка по которому заключается в том, что 25 металл нагревают дотемпературй гомогенизации 1200-1260°С (скорость нагрева не регламентируется), выдержиBcUOT при температуре гомогенизации в течение 10-20 ч и затем охлаждают

(В жидкой среде до комнатной температуры. После гомогенизации сталь проходит упрочняющую обработку: закалку и старение 2.

Способу присущи следующие недостатки:

высокие температуры, применяемые по этому способу вызывают сильный рост зерна и образование о -феррита в некоторых мартенситностареющих сталях;

поэтому способу для получения мелкозернистойструктуры нужна дополнительная обработка давлением или термическая обработка для измельчения зерна - многократная закалка при 900-1000°С;

при охлаждении с температур 1200хабС/С в ряде случаев (а для крупных поковок - в основном) не удается подавить выделение частиц карбидов и карбонитридов по границам .зерен, что приводит к охрупчиванию металла.

Цель изобретения - повышение степени гомогенности и конструктивной прочности поперек волокна.

Поставленная цель достигается тем, что гомогенизацию проводят циклично, при этом металл в каждом цикле нагревак т до точки AC, со скоростью мин, . затем - до 1030-10бО с, а в пос леднем цикле - до 900-940°С, выдерживают 30-90 мин и охлаждают до Температуры конца мартёнситного превращения. Число циклов гомогенизации 6-10. Старение проводят при температуре на 40-бОс ниже оптимальной температуры старения негомогеииэированного металла. Режим предлагаемого способа опробован на раскатных кольцах. После проведения только циклической обработки (гомогенизация: 8 циклов нагрева до , до A,f, скорость наг рева 15 /мин , время выде1)жки при 2050°С 60 мин, охлаждение в каждом цикле до 20с) значения прочности -и ударной вязкости соответственно равны: j 100 кгс/мм и Uf,l8 кгсм/с Размер зерна увеличивается до 4-5 балл (исходный размер 5-6 балл). Если после циклической обработки провести старение (, 2 ч), то значения механических свойств следующие б 155 кгс/мм, а (,7 кгсм/см. Если проводить старение (500®С, 2 ч) после циклической обработки, которая отличается от вышеуказанной только температурой гомогенизации в последнём цикле ( - температура закалки для нержавеющих мартенситностарекицих сталей), то 6g равна 159 кгс/мм I QW равна 3,5 кгсм/сМ.

744040 предлагаемый способ позволяет повысить конструктивную, прочность металла, что достигается получением высокой степени гомогенности и мел- . кодисперсиой структуры. Высокая плоткость дислокации после циклической обработки обуславливает необходимость проведеиия старения (окончательной операции способа) при температурах на 40-60 С ниже оптимальной темпера УР старения дпя негомогенизированного металла. Ниже приведены механические свойства мартенситностареювдей стали ОЭХПН1рМ2Т в направлении поперек всотокна после гомогенизации (8 циклов нагрева до , скорость нагрева до А(, () 15Уми«, время выдержки при 60 мин, охлаждение до ) и старения при 480с,, u7 «гс/мм бб 145 кгс/мм « r„:i l Jl- м/шЧ 3и500 с:2ч: б 174 кгс;Г 6ь 154 кгс/мм Г 7,3%, У 42%, 3,7 кгсм/см 1 ; . If 20«С, 2 чг б 135 кгс/мм бб г 146 кгс/мм, S 8,2%, у 34,5% а„ 3,2 кгсм/см ; при 540«С, 2ч: 6,,, 127 кгс/мм 3в 138 кгс/мм 8 10,4%, Ч 39%, а„ 3,6 кгсм/см Без гомогенизации механические свойства после закалки (920с, 40 №1н) и старения (, 2 ч) ледуницие: Gt 154 кгс/мм, CL« 2,66 кгсм/см.

Без гомогенизации, акалка при 40 мин старение при 540°С 2 ч

149

.1200 С, 10 ч, закалка при 975С 40 мин - 3 раза, старение при 540с 2 ч

143

ч, закйлка при 975с 40 итн - 3 раза, старение при 540С 2 ч

144

8 циклов нагрева со скоростью до 600°С, выдержка при 60 мин, охлаждение до 20°С, старение при ЗООС, 2ч

VucSbdS Sasu2«:fe iri-sS sl;:s.2i i-v4.-i- --vi- - Jvvj-,, . ,.-.-.i.. ь. л. . .,.-...-..- ., - ., .-,-а.,.,

8 циклов нагрева со скоростью 15 /мин до выдержка 60 мин в 7-ми циклах при , в последнем цикле при 920с, охлаждение до в Каждом цикле, старение при 2ч

42

154

2,6

1,8

4,5

27

152

152

3,0

34

2,1

Л 5

40

3,7

155

7,0

38

3,5

159 В таблице приведены механические свойства, стали ОЗХ11Н10М2Т в направ лении поперек волокна после термической обработки. Увеличение времени выдержки при температуре гомогенизации свыше 90 мин (проведен режим в временем выдержки 120 мин) не приводит к увели чению достигаемой степени гомогенно ти. Максимальное время выдержки опре ляется скоростью отжига дислокацией которая существенно зависит от темп ратуры плавления материала Т пл / которая для мартенситностареющих стале .составляет 1500-1525 0. Поэтому максимальное время выдержки при темпера туре гомогенизации является общим для мартенситностареющих сталей и су щественным признаком предлагаемого способа. Минимальное время выдержки (30 мин) при температуре гомогенизации выбрано из -технологических соображений (уменьшение времени выдержки .сопровождается увеличением числа циклов для получения требуемой степени гомогенности). Скорость нагрева регламентируется до АС, по следующим причинам. Эффективность .гомогенизации зависит от плотности дислокаций при температуре гомогенизации. Плотность дислокаций тем выше, чем дисперсией -фаза. В тех случаях, когда обрат ное о( - превращение происходит при малых скоростях нагрева по мар тенситному механизму, механизм восстанавления исходной ориентации аустенита заменяется механизмом размножения ориентировок -фазы (увеличение плотности дислокаций). Дисперсность невосстановленной -фазы может быть значительно увеличена в стареющих системах из-за взаимодействия ( превращении растущих -кристаллов с фазой ста рения, по размерам соизмеримыми с ни ми.. . Выделение фаз старения необходимо дисперсности достигается прохождением зтого температурного интервала старения с регламентированной скорос тью (5-20/минМ . Для получения дисперсной )f -фазы используется эффект старения мартенсита, поэтому скорость нагрева должна обеспечить протекание диффузионных процессов в мартенситной матри-. це и регламентируется до АС,. Скорост нагрева не задают выше А поскольку очевидно, что чем быстрее достигаетс температура гомогенизации,;тем медленнее происходит отжиг дислокаций и гомогенизация проводится с большей эффективностью. Пример 1. Гомогенизации подвергаются образцы мартенситностареющей стали ОЗХПН10М2Т (14 х 70 мм). Обработка состоит из 8 циклов. В каждом цикле металл нагревгцот со скоростью 15 /мин до А(; выдерживгиот 60 мин при . Охлаждают до . Получают практически полную гомогенность легирующих элементов.Размер зерна увеличивается до 4-5 балл (зерно в- исходном металле 5-6 балл). П р и.м е р 2. Проводят, как и в примере 1, гомогенизирующую термообработку, отличающаяся только скоростью нагрева (30-40 /мин ) . После проведенной обработки наблюдается разнозернистость (б-З балл). Степень ликвации практически не изменяется. Пример 3. Проводят гомогёнй- зирующую термообработку соскоростью нагрева. . Размер зерна 4-5 балл, степень ликвации практически не изменяется. П р и м е р 4. Проводят гомогейизирующую термообработку, о т л и ч аю щ а я с я только температурой гомогенизации (11СО°С). Размер зерна 2-1 балл. Степень ликвации изменяется мало. При-мер 5. Проводят гомогенизирующую обработку с температурой гомогенизации . Размер зерна 5-6 балл. Степень ликвации практически не изменяется. П р и м е р 6. Проводят гомогенизирующую обработку с температурой гомогенизации в последнем цикле нагрева 920°С. Микроструктура практически такая же как и в примере 1« прочность после старения увеличивается на 2-5 кгс/мм при том -же уровне пластичности и ударной вязкости.. Формула изобретения 1.Способ термической обработки мартенситностареющей стали, включающий гомогенизацию и старение, о тличающийся тем, что, с целью повьинения степени гомогенности и конструктивной прочности поперек волокна, гомогенизацию проводят иклично, при этом метагр в каждом цикле нагревают до точки А, со скоростью , затем - до 1030-1060 С, а в последнем цикле о 900-940 С, выдерживают 30-90 МИН охпаждалот до температуры конца артенситного превращения. 2.Способ по п. 1, отличаюийся тем, что число циклов омогенизации 6-10. 3.Способ по П. 1, отличаюийся тем, что старение проводят при температуре на 40-60 С температуры старения негомогениэированного металла. . Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1. Потак Я.М. Высокопрочные стали.М., Металлургия 1972 с 14ъ 2. Бирман С.Р. Экономнолегир ванные мартенситностареющие стали, М . Металлургия, 1974, с. 142-144.