Способ термической обработки сталей Советский патент 1982 года по МПК C21D1/78 

Изобретение относится к термической обработке среднеуглеродистых легированных конструкционных сталей после улучшения, сочетающего закалку стали с последующим отпуском. Температура отпуска подбирается в каждом случае в зависимости от требуемого сочетания свойств. Для получения высоких значений прочностных характеристик (предел прочности и предел текучести) необходимо проведение от пуска при температурах 250-400°С. Однако при этом большинство сталей попадает в зону необратимой отпускной хрупкости (понижение значения ударной вязкости и повышенная температура перехода в хрупкое состояние). Поэтому разработка способов термической обработки, устраняющих это явление, продиктована потребностями современного машиностроения.

Прг.чины возникновения необратимой отпускной хрупкости связаны с образованием фаз (карбидов, нитридов, карбонитридов) по границам зерен при распаде мартенсита. Образование и

. рост таких фаз подчиняется обычным термодинамическим закономерностям, поэтому для них может быть установлен инкубационный период образования.

его температурная зависимость, скорость роста и т.п. Применяя особые режимы термообработки вне области равновесного существования этих фаз, можно свести к минимуму эффект необратимой отпускной хрупкости.

Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности и достигаемому результату является способ тер10мической обработки сталей, включающий закалку и отпуск путем нагрева со скоростью 10-10000°С/с до 200600°С с последующим охлаждением в воде, применяемый с целью подавления 15 . отпускной -хрупкости 1.

Однако указанная обработка не приводит к максимальному уровню конструктивной прочности (оптимальное сочетание прочности и пластичности).

20 Во-первых, несмотря на подавление отпускной хрупкости, стали недостаточно пластичны из-за неполной степени релаксации внутренних напряжений. Во-вторых, в результате быстро25го нагрева стали затрудняется процесс распада остаточного аустенита, что приводит к неоднородности структуры стали и к временной и температурной нестабильности размеров.

30 При быстром охлаждении возможна также вторичная закалка аустенита с об разованием областей неотпуй енного мартенсита. Известная термообработка не регламентирует температурные интервалы и скорости нагрева,, необходимые для получения максимальных значений конструктивной прочности и не обеспечивает в целом необходимый уровен пластичности стали. I Цель изобретения - повышение ударной вязкости при сохранении, пре дела прочности стали не ниже 150 кгс/мм.. Поставленная цель достигается тем, что согласно способу термической обработки с±алей, преимущественно улучшаемых легированных конструкционных с содержанием углерода 0,30.,4%, путем нагрева со скоростью не 1,енее 50° С/с до температуры 400450°С, с последующим охлаждением водой при охлаждении проводят выдержку 1-2 часа -при температуре на 100120 0 ниже температуры зоны необратимой отпускной хрупкости. Проваде 1ие указанных операций позволяет избежать возникновения и роста карбонитридных фаз по границам зерен за счет того, что все операции термообработки проводятся в областях где образование этих фаз либо не про исходит либо затруднено из-за кратковременности пребывания в ней. Выбор режима для каждой марки ст лей осуществляется на основе сведений об интервале температур зоны не обратимой отпускной хрупкости и дан ных о механических свойствах стали после скоростного.отпуска. В результате проведения указанных операций подавляется необратимая отпускная хрупкость стали, использованная температура нагрева обеспечивает высокий уровень прочности, в результате выдержки при температурах на 100-120°С ниже зоны отпускной хрупкости за счет диффузионных процессов осуществляется частичная сфероидизация карбидных пластин и релаксация внутренних напряжений, достаточная для распада остаточного аустенита. Указанные факторы сэбеспечивают необходимое повышение ударной вязкости и пластичности стали. Формирующаяся в результате предлагаемой обработки структура представляет собой высокодисперсный сорбит отпуска без остаточного аустенита, причем с отсутствием углеродсодержащих фаз по границам зерен, что обеспечивает высокий комплекс механических свойств стали. / . . Пример. Проводится термическая обработка цилиндрических образцов длиной 100 мм и диаметром 9 мм из стали ЗОХГСА по ГОСТ 4543-71. Закалку стали проводят с температуры 930°С.... Для нагрева образцов при проведении закалки и отпуска используют метод прямого пропускания электрического тока. Для закалки и уЬкоренного охлаждения образцов при проведении отпуска используют спреерное охлаждение водой. Режим отпуска и данные измерения механических свойств приведены в таблице . . .

Как видно из приведенных данных, при проведении обычного скоростного отпуска для получения высокой величины ударной вязкости требуется на.грев до температур 600°С, однако при этом предел прочности стали падает до 120 кгс/мм , скоростной от.пуск при 400-450С при высокой прочности стали не обеспечивает желаемой величины ударной вязкости. Требуемое сочетание свойств (высокая величина ударной вязкости при пределе прочности не ниже 150 кгс/мм) достигается при применении предлагаемого способа.

Таким образом, по предлагаемому способу можно получить на среднеуглеродистых экономнолегированных сталях (типа 40Х, 40ХН, ЗОХГСА) предел прочности 150-165 кгс/мм при относительном удлинении 11-13%, относительном сужении 50-60% и ударной вязкости 7,2-8 кгс/см.

Использование высоколегированных конструкционных сталей (40ХН2МА, 38ХНЗМФ и др.) позволяет получить при близких значениях предела прочности ударную вязкость не более 6 кгс/см.

Предлагаемая обработка позволяет, используя стали, не содержащие дефицитных легирующих элементов, получить уровень конструктивной прочности, превышающий аналогичный для высоколегированных конструкционных сталей.

Использование предлагаемого способа термической обработки целесообразно при проведении отпуска деталей несложной конфигурации (шпильки, болты полуоси и пр.) в варианте с нагревом ТВЧ, что обеспечит повышенный комплекс механических свойств готовых изделий. Указанная обработка -позволит также перейти в ряде случаев на стали, не содержащие де0фицитных легирующих элементов (молибден, вольфрам и т.д.) или уменьшить рабочке сечения детали Формула изобретения

5

Способ термической обработки сталей , преимущественно улучшаемых легированных конструкционных с содержанием углерода 0,3-0,4%, включающий закалку и отпуск путем нагрева

со скоростью не менее 50с/с до

0 .температур 400-450°С с последующим охлаждением водой, отличающийся тем, что, с целью повышения ударной вязкости, при сохране5нии предела прочности не ниже 150 кгс/мм, при охлаждении провоЛят выдержку 1-2 ч при температуре

на 100-120°С ниже температур зоны необратимой отпускной хрупкости.

Источники информации,

0 принятые во внимание при экспертизе

1. Кидин И.Н. Физические основы электротермической обработки металлов. М., Металлургиздат , 1969, с. 218-222.