Способ термической обработки стали

 

Изобретение относится к черной металлургии и может быть использовано в машиностроении для обработки конструкционных , шарикоподшипниковых, быстрорежущих и инструментальных сталей. Цель - повышение эксплуатационной надежности деталей, выполненных из закаленных сталей , в том числе с покрытиями. Сущность изобретения заключается в том. что закаленную сталь облучают пучком электронов, при этом температуру изделия поддерживают не выше 300°С. Положительный эффект заключается в уменьшении уровня остаточных микронапряжений, распаде остаточного аустенита, субструктурном упрочнении стали при сохранении ее исходной твердости .

(s»s С 21 О 1/09

Комитет Российской Федерации по патентам и товарным знакам

ОЛИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ,,„,„„„, К ЛАТЕНТУ

О

О

О

Г) (21) 5055475/02 (22) 20,07.92 (46) 07.09.93. Бюл. N. 33-36 (76) Исаков М.Г,, (56) 1. Гуляев А.П, Металловедение. M.; Металлургия, 1977, с.647.

2. Авторское свидетельство СССР

N. 433815, кл. С 21 О 1/42, 1968.

3. Гордиенко Л.К. Субструктурное упрочнение металлов и сплавов. М.: Наука, 1973, с. 223. (54) СПОСОБ ТЕРМИЧЕСКОЙ ОБРАБОТКИ

СТАЛИ (57) Изобретение относится к черной металлургии и может быть использовано в машиИзобретение относится к черной металлургии и может быть использовано в машЛностроении и других областях техники для обработки конструкционных, шарикоподшипниковых, быстрорежущих и инструментальных сталей. В настоящее время в различных областях широко применяются закаленные стали. Закалка стали позволяет значительно повысить ее твердость, Однако это сопряжено с появлением в них высокого уровня микронапряжений. Как правило, нанесенные на них покрытия не обладают достаточной прочностью сцепления, Для решения этих проблем обычно используется отпуск, что позволяет уменьшить остаточные микронапряжения, вызывает распад остаточного аустенита и выделение карбидов, Вместе с тем. применение отпуска не является в ряде случаев достаточно эффек.,Я0 2000339 C ностроении для обработки конструкционных, шарикоподшипниковых, быстрорежущих и инструментальных сталей. Цель— повышение эксплуатационной надежности деталей, выполненных из закаленных сталей, в том числе с покрытиями. Сущность изобретения заключается в том, что закаленную сталь облучают пучком электронов, при этом температуру изделия поддерживают не выше 300 С. Положительный эффект заключается в уменьшении уровня остаточных микронапряжений, распаде остаточного аустенита, субструктурном упрочнении стали при сохранении ее исходной твердости. тивным (1), Так, например, количество остаточного аустенита после стандартного отпуска высокоуглеродистых легированных сталей может колебаться от 5 до 30, а остаточный аустенит является фазой, наличие которой не обеспечивает должной прочности сцепления стали с покрытием, Кроме того, после отпуска может сохраняться высокий уровень остаточных микронапряжений, что снижает сопротивление сталей разрушению и повышает их склонность к замедленному разрушению.

Наиболее близким к заявленному является способ. описанный в (2). В соответствии с ним закаленную сталь подвергают отпуску с дополнительным нагревом электронным пучком до температур 720-770 С.

Способ позволяет повысить усталостную прочность и коррозионную стойкость за

2000339

55 счет снятия поверхностных напряжений, Применение известного способа сопряжено с нагревом материала до высоких температур, а это приводит к снижению твердости, что в ряде случаев, например. при обработке инструментальных сталей недопустимо, Такая релаксационная обработка не приводит к упрочнению материала, Известен способ субструктурного упрочнения материала термопластическим методом (3), основанном на создании в металле стабилизированных субповерхностей раздела, препятствующих свободному перемещению дислокаций в пределах зерна путем комбинированного механического (пластическая деформация) и теплового (нагрев) воздействия на обрабатываемый объект. В большинстве практически важных случаев реализация данного способа обработки затруднена из-за технологических сложностей.

Таким образом, перед автором стояла задача создания способа обработки сталей, который позволял бы одновременно интенсифицировать процессы отпуска закаленных сталей и обеспечить их упрочнение, а в случае обработки закаленных сталей с покрытием поднять прочность его сцепления с подложкой.

Для решения указанной задачи предлагается обработку закаленной стали электронным пучком вести при температурах ниже 300 С. Обработке могут быть подвергнуты стали с различными видами покрытий: гальваническими, напыленными, диффузионными, имплантированными.

Кроме того покрытия могут быть как металлические, так и неметаллические, а также многослойные, Изобретение основано на эффекте взаимодействия радиационных дефектов (вакансий и межузельных атомов), возникающих в результате облучения электронами высоких энергий (более 500 кэв) с дислокациями и их скоплениями. В результате переползания дислокаций происходит формирование субструктуры в мартенсите, близкой к полигональной, что вызывает в свою очередь снижение уровня микронапряжений. Облучение способствует также образованию карбидов и распаду остаточного аустенита. Указанные процессы наиболее эффективно протекают в области температур до 300 С, выше которой происходит интенсивный отжиг радиационных дефектов, Глубина обработки может достИгать 1,5-2 мм, Для доказательства осуществимости предложенного способа можно привести следующие сведения.

Пример 1. Облучение стали ШХ-15 (после стандартной термической обработки) пучком электронов с энергией 5 Мэв и флюенсе 2 х 10 эл/см приводит к снижению

1б 2 уровня микронапряжений на 30, а количества остаточного аустенита — с 6 до 17(,.

Микротвердость после такой обработки возрастает на 2 ед. 1(ЯС.

Пример 2, Облучение стали Р6М5ФЗ (после стандартной термической обработки) пучком электронов с энергией 5 Мэв и флюенсе 2 х 10 эл/см приводит к снижению

16 уровня микронапряжений нэ 28, а количества остаточного аустенита с 23 до 4 .

Пример 3, Эксплуатационная стойкость рабочего валка (сталь ШХ-15) стана

160 с нэпыленным покрытием TIN повышается в 3 раза в случае его облучения электронным пучком с энергией 5 Мзв и флюенсе

5 х 10 зл/см .

Использование предложенного способа для обработки закаленных сталей различных классов позволит: — сохранить исходную твердость стали;

-уменьшить уровень остаточных микронапряжений (на 20 и более); — уменьшить количество остаточного аустенита (н.а 30 и более); — способствовать появлению мелкодисперсной карбидной фазы; — обеспечить формирование субструктуры, близкой к полигональной; — обеспечить необходимую прочность сцепления стали с покрытием.

Формула изобретения

1. Способ термической обработки стали, включающий обработку поверхности закаленной стали электронным пучком, о т л и ч а юшийся тем, что обработку электронным пучком ведут при температуре не выше

300 С.

2. Способ по п,1 отличающийся тем, что обработку электронным пучком осуществляют при энергии электронов более

500 кэВ в стационарном режиме.

3. Способ по п.1, отличающийся тем, что обработку электронным пучком осуществляют в периодическом режиме.

4. Способ по и 1; отличающийся тем, что обрабатывают электронным пучком объемно закаленные стали.

5. Способ по п.1, отличающийся тем, что обрабатывают электронным пучком поверхностно закаленные стали

6. Способ по и 1, отличающийся тем, что обрабатывают электронным пучком закаленные стали с покрытием

7. Способ по и 6. о т л и ч э ю шийся тем, что обрабатывают эпсктпонн .IM пучком

2000339

Составитель М.Исаков

Техред М.Моргентал Корректор М,Самборская

Редактор

Тираж Подписное

НПО "Поиск" Роспатента

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., 4/5

Заказ 3066

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул.Гагарина, 101 закаленные стали с гальваническим покрытием.

8. Способ по и 6, отличающийся тем, что обрабатывают электронным пучком закаленные стали с напыленным покрытием.

9. Способ по пб. отличающийся тем, что обрабатывают электронным пучком закаленные стали с диффузорным покрытием, 10. Способ по и 6, отличающийся тем, что обрабатывают электронным пучком закаленные стали с имплантированным покрытием, 5 11, Способ по п.6, отличающийся тем, что обрабатывают электронным пучком закаленные стали с многосло:,чым покрытием.

12. Способ по и 6, от л и ча ю щийс я тем, что обрабатывают электронным пучком закаленные стали с неметаллическим покрытием,