Способ термической обработки стали

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИ

К ПАТЕНТУ

Комитет Российской Федерации по патентам и товарным знакам (21) 5020923/02 (22) 09.01.92 (46)-15.11.93 Бюл. Мв 41 — 42 (75) Чейпях АП; Дроздова И.Г. (73) Мариупольский металлургический институт (54) СПОСОБ ТЕРМИЧЕСКОЙ ОБРАБОТКИ

СТАЛИ (57) Использование: изобретение относится к металлургии, в частности к способам термообработки хромистых сталей. Сущность: хромистую сталь подвергают нормализации (или закалке) при

1050 С для получения мартенситной структуры. (в) RU (и) 2002819 С1 (51) 5 С 21 0 б 00

Затем нагревают в камерной электропечи до температур на 30-150 С ниже точки A выдерживас

1 ют при этих температурах в течение 2,1 — 6 ч, после чего их быстро переносят в печь, нагретую до температур свыше 1100" С, например 1150 C. Кратковременный нагрев осуществляют в течение 3 — 5 мин, после чего производят охлаждение в масле.

Затем для снятия внутренних напряжений проводят низкотемпературный отпуск например, при 200 С 1 ч 1 табл.

2002819

Изобретение относится к металлургии, в частности к способам термообработки хромистых сталей, Известны способы нагрева под закалку инструментальных легированных сталей, представляющие один или два подогрева в интервале температур 300 — 500 С и 710—

800 С. Они направлены на предупреждение образования трещин в инструменте ввиду низкой теплопроводности легированных сталей (1), Однако они не обеспечивают повышение их прочностных и пластических свойств.

Известен также способ термообработки мартенситностареющих сталей, заключающийся в ступенчатом нагреве под закалку с температурами ступеньки и аустенитизации соответственно 560 — 700 и 730 — 850"С (2), Однако после такой закалки не удается повысить прочностные характеристики наря5

20 ду с пластичностью.

Наиболее близким техническим решением по совокупности признаков и достигаемому результату к предлагаемому является способ термообработкп хромомарганцевых сталей (3). Он включает ступенчатый нагрев до температуры аустенигизации с выдержкой в межкритическом (а+у)-интервалe температур между точками Ас1 и Асз, Способ позволяет повысить прочностные и пла- 30 стические свойства хромомарганцевых сталей мартенситного и переходного классов, Однако известный способ не обеспечивает повышение этих характеристик ппименительно к хромистым сталям, не со- 35 держащим марганец. поскольку в известном способе главная роль принадлежит перераспределению марганца при выдержке в ме>ккритическом (а + у)-интервале температур, Предложенное техническое 40 решение позволяет повысить механические свойства хромистых нержавеющих сталей, в особенности пределы прочности и текучести. Это достигается тем, что в спосоое тер-: мической обработки хроиистых сталей. включающее ступенчатый нагрев до температуры кратковременной аустенитиэации, охлаждение и отпуск, перед ступенчатым нагревом проводят нормализацию (или за. калку), ступенчатый нагрев и предваритель- 50 ную выдержку оеуществляют B интервале температур на 30 — 150 С ниже точки Ас1 в течение 2,1 — 6 ч, а кратковременную аустенизацию проводят при температурах свыше

1100 С, 55

Предварительная нормализация (или закалка) обеспечивает получение мартенситной структуры — более дисперсной с мелким зерном, что уже положительно влияет на свойства сталей. В процессе ступенчатого нагрева и выдержки в интервале температур на 30 — 150 С ниже точки Ас1(но не как у прототипа в (a +y)-интервале, т.е. между. точками Ас1 и AG3), s течение 2,1-6 ч мартенсит распадается на дисперсную ферритокарбидную смесь. В результате последующей кратковременной аустенизации свыше

1100 С ферритная составляющая структуры превращается в аустенит, а большая часть карбидов сохраняется не растворенной ввиду непродолжительности (2 — 3 мин) выдержки, Таким образом последующая закалка в масло производится из гетерогенного состояния т.е. смеси неоднородного по составу аустенита и карбидов; Присутствие большого количества нерастворенных карбидов сохраняет мелким зерно, и ограничивает рост мартенситных .кристаллов при охлаждении до комнатной температуры. В результате образуется очень дисперсная мелкозернистая структура, состоящая из смеси мелкокристаллического малоуглеродистого мартенсита, частично растворившихся карбидов хрома и повышенного количества остаточного метастабильного аустенита, Она и обеспечивает повышение механических свойств стали. Кроме того, при деформации в процессе испытаний лиGo эксплуатации деталей остаточный аустенит превращается в мартенсит, что служит дополнительным источником повышения . прочностных и одновременно пластических свойств.

Отсутствие предварительной термооб- . работки (нормализации или закалки), не позволяет получить в исходной структуре мелкозернистый мартенсит, что делает невозможным повышение комплекса механических свойств при последующей закалке.

Температура и продолжительность промежуточной выдержки в интервале температур ниже точки Aci взаимосвязаны. Чем ниже температура, тем должна быть большая длительность выдержки, Ступенчатый нагрев с выдержкой в интервале температур ниже AG1 более чем на

150 С продолжительностью менее 2,1 ч замедляет распад мартенсита и образование сорбита отпуска. Это не обеспечивает получение гетерогенного аустенита при последующем кратковременном нагреве и не позволяет повышать прочностные и пластические характеристики.

Ступенчатый нагрев с промежуточной выдержкой более 6 ч в интервале температур менее чем на 30 С ниже точки Ас1, (а также в двухфазном (а+у)-интервале) вызывает черезмерную коагуляцию карбидов и

2002819

Предеаритепьнае ен е аеа Температу температура

51еханнчессн сеоистеа при астаиении а..р. а а стен при урусе. пЗи р g u аации, С д.

) nv Па ) оса, МПа

S,, МПа оь. МПа

1130

Ас — 200 С

Ас1 — 150 C

Ас1 — 100"С (оптимапьн.)

Ас1-30 С

Ас — 30 С

Ac +30 С

6 1 18

8 (32

1520

2640

1,5

2,\ I 180

1380

1110

1700

1540

10 41

1150

1820

1510

1150

9 21

7 (Zo

134О

1680

1050

1370

1330

8 (20

1050

По способу-и рототипу (ает. cs. 1636456)

830 Ñ

7 0 40

7 21

1810

1540

1400

1200

1,5

1100 может частично сопровождаться превращением феррита в аустенит. Это не обеспечивает получение гетерогенизированного аустенита и сохранения нерастворенных карбидов при последующей кратковременной аустенитизации и повышения комплекса механических свойств сталей.

Кратковременная аустенитизация при температуре свыше 1100 С обеспечивает, с одной стороны, быстрый нагрев деталей и превращение феррита в аустенит, с другой— отсутствие выдержки исключает полное растворение карбидов и гомогенизацию аустенита. При температуре кратковременной аустенитизации ниже 1100 С (при выбранной продолжительности нагрева 3-5 мин) не успевает завершиться а- 17 превращение и сохраняются чересчур крупные карбиды, что снижает механические свойства сталей. Кратковременная аустенитизация при черезмерно высоких температурах, например выше 1300 С, и выбранных выдер>кках более 5 мин вызывает полное растворение карбидов и гомогенизацию аустенита. В результате снижаются прочностные свойства сталей, Предложенный способ термообработки хромистых сталей осуществляют следующим образом.

Вначале проводят предварительную нормализацию (или закалку) при 1050 С для получения мартенситной структуры. Затем образцы нагревают в камерной электропечи до температур на 30 — 150 С ниже точки

Ас), выдер>кива(от при этих температурах в течение 2,1 — 6 ч, после чего их быстро переносят в печь, нагретую до температур свыше 1100 С, например 1150 С. Кратковременный нагрев осуществляют в течение 3-5 мин (причем, чем выше температура нагрева, тем, соответственно, меньше должна быть его продолжительность), после чего . производят охлаждение в масле. Затем для

5 снятия внутренних напряжений проводят низкотемпературный отпуск, например, при температуре 200 С, 1 ч.

Механические свойства при растяжении и кручении хромистой стали ЗОХ13 по10 сле термообработки по предложенному способу приведены в таблице, Из нее следует, что после термообработки по оптимальному режиму с промежуточной выдержкой ниже точки Ас> на 100 С в течение 3 ч прач15 ностные характеристики o,, ao z, S», тп ), то,з возрастают на 400-450 МПа, а пластические увеличиваются в 1,5-2 раза в сравнении с обработкой llo стандартному режиму(без предварительной выдержки ни20 же точки Ас)), а также обработкой по способу-прототипу. Это позволяет сократить расход металла, повысить надежность и долговечность деталей, термоабработанных по предложенному способу.

25 Предложенный способ термообработки хромистых сталей обеспечивает повышение комплекса механических свойств, снин<ает металлоемкость деталей. увеличивает их долговечность и надежность работы.

30 (5G) 1. Геллер Ю.А. Инструментальные стали. M,: Металлургия, 1983, с, 2111.

2. Бирман С,Р. Эконоь)нолегированные мартенситностаре)ощие стали, М.: Метал35 лургия, 1974, с. 155.

3, Авторское свидетельство М 1636458, кл. С 21 0 6/ОО, 1990 (прототип), 4. Авторское свидетельство N. 389151, кл. С 210 1/78, 1973.

2002819

Формула изобретения

Составитель А.Чейлях

Редактор Е,Полионова Техред M.Ìîðãåíòàë Корректор О.Густи

Заказ 3217

Тираж Подписное

НПО "Поиск" Роспатента

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

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул.Гагарина, 101

СПОСОБ ТЕРМИЧЕСКОЙ ОБРАБОТКИ

СТАЛ И, вкл юча ющий закал ку, ступенчатый нагрев до температуры кратковременной аустенизации с изотермической выдержкой при температуре дисперсионного твер,дения, охлаждение и отпуск, отличающийся тем, что выдержку при температуре дисперсионного твердения про5 водят в течение 2,1 - 6,0 ч, а кратковременную аустенизацию проводят при температуре выше 1100 С,