Способ термической обработки отливок

 

Изобретение относится к термической обработке стали и может быть использовано в энергомашиностроении при изготовлении турбин. Цель изобретенияулучшение качества путем выравнивания химического состава по сечению отливок, повышения прочности и ударной вязкости, а также снижения температуры перехода в хрупкое состояние в сочетании с высокой пластичностью стали. Способ термической обработки включает термоциклирование, которое производят после предварительной термической обработки. iB каждом цикле сталь нагревают до температуры Acj + + (130-150)С, осуществляют изотермическую выдержку при этой температуре в течение 1-1,5 ч, охлаждают с печью до температуры Аг + (30-7Ь) С и выдерживают при этой температуре в течение 1-1,5 ч. Термоциклирование содержит три цикла. Третий цикл заканчивается охлаждением стали на спокойном воздухе, после чего производят отпуск, г табл. i (Л

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ (511 4 С 21 Р 1/78

К ABTOPCHOMY СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4242565/31-02 (22) 15.05.87 (46) 30.12.88. Бюл. Р 48 (71) Харьковский автомобильно-дорожншй институт им. Комсомола Украины (72) Л,Д.Мищенко, Л.П.Рубашко, В.П.Тарабанова, В.М.Хабочев и С.С.Дьяченко (53) 621.785.79 (088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

Р 933740, кл. С 21 D 1/26, 1980.

Авторское свидетельство СССР 937524, кл. С 21 D 1/26, 1980. (54) СПОСОБ ТЕРМИЧЕСКОЙ ОБРАБОТКИ

ОТЛИВОК (57) Изобретение относится к терми ческой обработке стали и может быть использовано в энергомашиностроении при изготовлении турбин. Цель изобретения— улучшение качества путем выравнива„.SUÄÄ 1447885 А1 ния химического состава по сечению отливок, повышения прочности и ударной вязкости, а также снижения температуры перехода в хрупкое состояние в сочетании с высокой пластичностью стали. Способ термической обработки включает термоцнклирование, которое производят после предварительной термической обработки. iB каждом цикле сталь нагревают до температуры Ac> +

+ (130-150) С, осуществляют изотермическую выдержку при этой температуре в течение 1-1,5 ч, охлаждают с печью до температуры Ar, + (30-70) С и выдерживают при этой температуре в течение 1-1,5 ч. Термоциклирование со- Я держит три цикла. Третий цикл заканчивается охлаждением стали на спокой ном воздухе, после чего производят отпуск. 1 табл.

1447885

Изобретение относится к термической обработке стали и может быть использовано в энергомашиностроении при изготовлении турбин.

Цель изобретения — улучшение качества путем выравнивания химического состава по сечению отливок, повышения прочности и ударной вязкости, а также снижения температуры перехода в хрупкое состояние в сочетании с высокой пластичностью стали.

Сущность изобретения заключается в том, что согласно способу термической обработки конструкционной малоуглеро- 15 дистой стали, включающему термоциклирование, в каждом цикле которого производят нагрев стали, ее охлаждение с печью, а также изотермическую выдержку при верхнем и нижнем значени- 20 ях интервала температур термоциклирования,причем в последнем цикле непосредственно после выдержки при верхнем значении температуры ведут окончательное .охлаждение на спокойном воздухе, упомянутый нагрев производят до температуры Ас + (130о, Ъ

150) С, охлаждение — до температуры

Ar< + (30-70) С, а выдержку после нагрева и охлаждения осуществляют в те- 30 чение 1-1,5 ч.

В отличие от известного предлагаемый способ позволяет получить одно-, родную структуру отливок из легированной, например хромомолибденованадиевой, стали благодаря расширению температурного интервала термоциклирования как в сторону повышения температуры нагрева, так и в сторону снижения температуры . охлаждения, а 40 также благодаря увеличению времени выдержки до 1-1,5 ч. Все зто способствует улучшению требуемых качеств отливок из конструкционных низколе— гированных сталей. 45

Выбор интервала температур высокоI температурной выдержки обусловлен наличием химической неоднородности в литом металле, содержащем легирующие элементы с пониженной диффузионной подвижностью (например, Cr, Mo, Ч).

Указанный интервал обеспечивает выравнивание химического состава стальных отливок по сечению и образование однородного твердого раствора. Выбор55 интервала значений низкотемпературной выдержки обусловлен характером термокинетических диаграмм конструк ционной малоуглеродистой низколегированной стали, особенностью которой является то, что в этом интервале температур происходит распад аустенита на ферритокарбидную смесь.

Выдержка при температуре нагрева выше Ас для указанных сталей приводит к укрупнению зерна, однако по предлагаемому способу такая выдержка в сочетании с термоциклированием допустима, так как укрупнение зерна: период высокотемпературной выдержки в течение 1-1,5 ч компенсируется термоциклированием в области ферритокарбидных превращений за счет фазового наклепа и перекристаллизации, способствующих.измельчению зерен. Интервал времени выдержки 1-1,5 ч обусловлен возможностью получения однородной химико-физической структуры стали (нижний предел), а также ростом укрупненности зерна (верхний предел).

Выбор конкретного значения периода выдержки в пределах указанного интервала определяется толщиной стенки отливки и ее химическим составом, об- условливающим характер протекания; диффузионных процессов.

Предлагаемый способ термической обработки конструкционной малоуглеродистой стали осуществляют следующим образом.

Отливки из конструкционных малоуглеродистых низколегированных сталей подвергают предварительной термической обработке с заданными параметрами, а затем термоциклированию. В пределах каждого цикла производят нагрев сталей до температуры Ас + (130... о

150) С и охлаждение с печью до температуры Ar, + (30...70) С. При указанных температуре нагрева и температуре охлаждения осуществляют изотермическую выдержку в течение !-1,5 ч, в " процессе которой получают однородную структуру сталей за счет распада аустенита на ферритокарбидную смесь.Термоциклирование проводят преимущественно 3 раза, причем в третьем цикле непосредственно после выдержки при температуре Ас> + (130...150) С отливки охлаждают на спокойном воздухе для образования ферритобейнитной структуры. Термообработка отливок заканчивается операцией ."Отпуск" с заданными параметрами.

Пример. Отливку колена турбины типа К-1000 (сталь 1бхЗМФЛ) поп1447885 вергают термической обработке с применением термоциклирования.

Химический состав исследуемой стали, X: С 0,18; Si 0,20; Нп 0,60; Cr

0,25; V 0,20; Мо Ов51; S Оэ,017;

0,01.

Критические точки этой стали:Ас.

840 С, Ar< — 660 С.

Сталь нагревают в печах сопротивления до 1020 С, выдерживают 3 ч, охлаждают на воздухе, после чего осуществляют трехкратное термоциклирование, в процессе которого в каждом из двух циклов сталь нагревают до 990 С со скоростью 200 град/ч, выдерживают при этой температуре 1 ч, охлаждают с печью до 710 С со скоростью

140 град/ч и выдерживают при этой температуре 1 ч. В третьем цикле посо ле выдержки при температуре 990 С производят охлаждение отливки на спокойном воздухе со скоростью

УОО град/ч. Термическую обработку завершают операцией отпуска стали при о температуре 700 С в течение 8 ч.

Испытания обработанной предлагаемым способом отливки показали, что она обладает высокими показателями прочности, пластичности, ударной вязкости и температуры перехода в хрупкое состояние.

Эти показатели сведены в таблицу сравнительных данных (п.2 таблицы) наряду с показателями других вариантов реализации предлагаемого и известного способов.

Из данных таблицы видно, .что показатели прочности ((7 д и ба ), ударной вязкости (KCU) и температуры перехода в хрупкое состояние (T„„) во всех приведенных вариантах реализа. — . ,ции предлагаемого способа (пп. 2-46 и 7) значительно превышают показатели известного способа (п.1), а по показателям пластичности эти способы примерно одинаковы.

Оптимальным вариантом осуществления предлагаемого способа является способ с трехкратным термоциклированием (пп,2, 6 и 7), при двухкратном изобретения

ЗО Формул а

Способ термической обработки отливок преимущественно из конструкционной малоуглеродистой стали, вклю35 чающий многократный нагрев и охлаждение до заданных температур, выдержки при этих температурах, окончательное охлаждение на спокойном воздухе, высокий отпуск, о т л и ч а ю щ и й—

4р с я тем, что, с целью улучшения качества путем выравнивания химического состава по сечению отливок, повышения прочности и ударной вязкости, а также снижения температуры перехода в

45 хрупкое состояние в сочетании с высокой пластичностью стали, нагрев проводят до температуры Ас + (130 о ...150) С, охпаждение — до Ar< + (30 о . ° .70) С, а выдержки при этих темпе5О ратурах осуществляют в течение 1,01,5 ч. термоциклировании заметно ухудшаются качественные показатели (п.3), а четырехкратное термоциклирование не да5 ет существенного улучшения по каз ателей по сравнению с трехкратным термоциклированием, но значительно увеличивает время обработки. Варианты реа лизации способа в интервале темпера10 тур термоциклирования, выходящем за пределы граничных значений, приведенных в предлагаемом способе, значительно уступают по показателям ударной вязкости и температуры перехода

15 в хрупкое состояние (п.5 таблицы).

Предлагаемый способ термической обработки конструкционной малоуглеродистой стали испытан в п/о "Турбоатом" в технологии обработки отливок

2р для турбин. Сравнительные испытания показали, что прочность отливок"согласно предлагаемому способу увеличивается по сравнению с известным в

1,5-2 раза, ударная вязкость -пример25 но в 2 раза, температура перехода в хрупкое состояние снижается примерно о на 40 С, а пластичность уменьшается незначительно.

1447885

Р, 7 КСН, Т„„, С

Дж/см

2 3

Известный способ

Термическая обработка

Нагрев до 1020 С, выдержка 3 ч, охлаждение на воздухе, нагрев до

830 С, выдержка 15 мин, охлаждение с печью до

780 С, выдержка 15 мин, нагрев до 830 С, выдержка 15 мин, охлаждение с печью до 1 780 С, выдержка 15 мин, нагрев до

830 С, выдержка !5 мин, охлаждение на воздухе, отпуск 700 С, 8 ч

Предлагаемый способ

2. Нагрев до 1020 С, выдержка 3 ч, охлаждение на воздухе, нагрев до о

990 С, выдержка 1 ч, охлаждение с печью до

710 С, выдержка 1 ч, нагрев до 990 С, выдержка

1 ч, охлаждение с печью о до 710 С, выдержка 1 ч, нагрев до 990 С, выдержка 1 ч, охлаждение на воздухе, отпуск 700 С, 8 ч

3. Нагрев до 1020 С, выдержка 3 ч, охлаждение на воздухе, нагрев до

990 С, выдержка 1 ч, охлаждение с печью до

710 С, вьдержка 1 ч, нагрев до 990 С, выдержка

1 ч, охлаждение на воздухе, отпуск 700 С, 8 ч

4. Нагрев до 1020 С, выдержка 3 ч, охлаждение на воздухе, нагрев до о

990 С, выдержка 1 ч, охлаждение с печью до о

710 С, выдержка 1 ч, на- грев до 990 С, выдержка ! ч, охлаждение с печью до 710 С, выдержка 1 ч, нагрев до 990 С, выдерж. ка 1 ч, охлаждение с

310 570,8 20,0 58,0 610 +40

682 5 822 э5 15в5 52 0 12! 7 0

605,8 756,5 16,0 51,0 959 +15

1447885

Продолжение таблицы

Г печью до 710 С, выдержка 1 ч, нагрев до 990 С, с выдержка 1 ч, охлаждение на воздухе, отпуск

700 С, 8ч

5. Нагрев до 1020 С, выдержка 3 ч, охлаждение на воздухе, нагрев до о

990 С, выдержка 1 ч, охлаждение с печью до

770 С, выдержка 1 ч, нагрев до 990 С, выжержка

1 ч, охлаждение с печью до 770 С, выдержка 1 ч, нагрев до 990 С, выдержка 1 ч, о хлаждение на . воздухе, отпуск 700 С, 8 ч

6. Нагрев до 1020 С, вы держка 3 ч, охлаждение на воздухе, нагрев до

990 С, выдержка I ч, охлаждение с печью до

730 С, выдержка 1 ч, нагрев до 990 С, выдержка

I ч, охлаждение с печью до 730 С, выдержка 1 ч, о нагрев до 990 С, выдержка 1 ч, охлаждение на воздухе, отпуск 700 С, 8 ч

7. Нагрев до )020 С, выдержка 3 ч, охлаждение на воздухе, нагрев до о

990 С, выдержка 1 ч, охлаждение с печью до о

7) 0 С, выдержка 1 ч нао

t грев до 990 С, выдержка

1 ч, охлаждение с печью до 710 С, выдержка 1 ч, о нагрев до 990 С, выдержка ч, охлаждение на воздухе, отпуск 700 С, 8 ч

8. Нагрев до 1020 С, вью держка 3 ч, охлаждение на воздухе, нагрев до

990 С, выдержка I.ч, охлаждение с печью до

2. 3 4 7

680, 2 820, 5 15, 7 53,0 1220 0

585,5 712,5 16, 0 55,0 847. +40

681,0 820,5 15,5 53,.0 1210 0

682,5 822,5 15,5 52,0 1217 0

1447885

Продолжение таблицы б 7

2 3

690 С, выдержка ч, охлаждение с печью до

690 С, выдержка 1 ч, нагрев до 990 С, выдержка

1 ч, охлаждение на воздухе отпуск 700 С, 8 ч

679,5 819,0 15,5 54,0 1215 0

Составитель А. Кулемин

Техред M. Ходанич

Корректор Г,Решетник

Редактор M.Ïåòðoâà

Заказ 6811/30 Тираж 545 Подписное .ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Иосква, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Производственно-полиграфическое предприятие, г. Ужгород, ул. Проектная, 4 9. Нагрев до 1020 С, выдержка 3 ч, охлаждение на воздухе, нагрев до

990 С, выдержка 1 ч, охлаждение с печью до

650 С, выдержка 1 ч, нагрев до 990 С, выдержка

1 ч, охлаждение с печью до 650 С, выдержка 1 ч, нагрев до 990 С, выдержка 1 ч, охлаждение на о воздухе, отпуск 700 С, 8 ч

598,5 718,6 15,5 50 825 +35