Способ закалки стали

 

СПОСОБ ЗАКАЛКИ СТАЛИ с содержанием углерода до 0,6%, включающий нагрев, вьщержку и охлаждение в жидкой среде, отличающийс я тем, что, с целью повьшения механических свойств и предотвращения трещинообразования, охлаждение ведут с выдержкой, равной периоду пузырькового кипения жидкой среды,: при температуре ее кипения,'соответствующей Мн=(50-200 С), а эатем - со скоростью 30-600.-С/С.

!

СОЮЗ СОВЕТСЯИХ

РЕСПУБЛИК

„„SU„„797243

А g.4 С 21 Р 1/19

ГОСУДАРСТВЕЯЯЫЙ КОМИТЕТ СССР

AO ДЕЛАМ ИЗОБРЕТВ1ИЙ И OTHPbfTP9

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Н АВТОРСКОМУ СЮЩЕТЕЛЬСТВУ (21) 2578660/22-02 (22) 13.02.78 (46) 23.02.88. Бюл. У 7 (71) Институт технической теплофизики АН УССР (72) Н.И,Кобаско (53):621.78.084 (088.8) (56) Кобаско Н.И., Прохоренко Н.И.

Влияние скорости охлаждения при закалке на образование трещин в ста-.. ли 45, МИТОМ, 1964, Н 2, с.53-54.

Авторское свидетельство:СССР

В 485161, кл. С 21 D 9/22, С 21 9 6/04, 1972. (54)(57) СПОСОБ ЗАКАЛКИ СТАЛИ с содержанием углерода до 0,6Х, включающий нагрев, выдержку и охлаждение в жидкой среде, о т л.и ч а ю щ и йс я тем, что, с целью повьппения механических свойств и предотвращения трещинообразования, охлаждение ведут с выдержкой, равной периоду пузырькового кипения жидкой среды при температуре ее кипения, соответствуюо щей Мн=(50-200 С) а затем — со скоо ростью 30-600. С/с.

797243

Изобретение относится к области машиностроения и может быть использовано при термической обработке стальных изделий, изготовленных иэ конструкционных марок сталей.

Известен способ закалки стали, включающий нагрев, выдержку и охлаждение, при этом по мере повьппения скорости охлаждения в мартенситном интервале вероятность образования закалочных трещин сначала увеличивается до максимального значения, а затем снижается до нуля.

Кроме того, установлено, что для 15 каждой марки стали существует вполне определенная скорость охлаждения в мартенситном интервале, за пределами которой наблюдается повьппение предела прочности с одновременным улучшением 20 пластических, свойств материала. Объясняется это тем, что интенсификация процессов теплообмена в мартенситном интервале равноценна низкотермической термомеханической обработке (НТИО}, 25 которая упрочняет материал. Действительно, в переохлажденном аустените возникают пластины мартенсита с большим удельным объемом, в результате чего происходит пластическая деформа- 30 ция аустенита, находящегося между пластинами мартенсита, что приводит к заметному упрочнению материала. Высокая скорость охлаждения в мартенситном интервале достигается путем закалки изделий в электролитах, потоке воды, интенсивном душе, сжиженных газах, в емкостях с жидкостью, вибрирующей с резонансной частотой, и другими способами. 40 .Известен способ термической обработки инструмента, включающий закалку и обработку холодом в жидкой среде, например в жидком азоте или триэтаксисилане, при температуре -от

-150 до -269 С.

Этот способ позволяет повысить износостойкость инструмента благодаря его обработке глубоким холодом при ударном погружении инструмента в криогенную жидкость.

Указанный способ закалки неприменим для конструкционных сталей, .мартенситные превращения в которых протекают при высоких температурах.

Известно, что чем вьппе начальная температура мартенситных превращений, тем вьппе должна быть скорость охлаждения в мартенситном интервале, чтобы мог наблюдаться обнаруженный эффект упрочнения стали. При охлаждении конструкционных сталей в криогенной жидкости из-за интенсивного образования газовой пленки не может быть создана высокая скорость охлаждения в мартенситном интервале, в результате чего эффекта упрочнения не наблюдается. При закалке конструкционных сталей в интенсивно охлаждающих средах, например, в холодной циркуляционной воде, несмотря на высокий коэффициент теплоотдачи, наблюдается задержка мартенситных превращений при пузырьковом кипении, в процессе которого температура поверхности охлаждаемого тела долгое время, изменяясь незначительно, поддерживается на уровне кипения.

В этих условиях происходит разупрочнение закаленной стали, а скорость охлаждения поверхностных слоев минимальна. В то же время в охлаждаемом теле, благодаря высокому градиенту температур, действуют высокие термические н структурные напряжения, приводящие к образованию эакалочных трещин и короблению закаливаемых деталей.

Целью изобретения является повышение механических свойств и предотвращение трещинообразования.

Указанная цель достигается тем, что в способе закалки стали с содержанием углерода до 0,6Х, включающем нагрев, выдержку и охлаждение в жидкой среде, охлаждение ведут с выдержкой равной периоду пузырькового кипения жидкой среды при темперятуре ее кипения, соответствующей И„-(50-о

200 С), а затем — со скоростью 30600 /c.

Температуру поверхности охлаждаемого изделия с помощью давления или всевозможных добавок к воде в .процес/ се пузырькового кипения поддерживают на уровне, при котором в переохлажденном аустените образуется не более

25Х мартенсита, Анализ термокинематических диаграмм конструкционных сталей показал, что для большинства марок сталей 25Х мартенсита в переохлажденном аустените образуется при температуре, которая находится в пределах M„=(50-200 С)с.

После. окончания пузырькового кипения процесс охлаждения закаливаемого изделия продолжается при высокой

797243 скорости охлаждения в мартенситном интервале, например в интенсивном потоке жидкости, в криогенной среде, вибрирующей с резонансной частотой, и другими способами.

Скорость охлаждения эакаливаемой детали после выдержки при температуре кипения жидкости должна превышать, в зависимости от марки стали, опре,деленное значение, за пределами которого и наблюдается упрочнение стали. Для высоколегированных среднеуглеродистых марок сталей типа 40ХН2МА эта скорость находится в пределах 60- 15

80 С/с для стали 45 она превышает . 300 С/с для стали 20-600 С/с.

Для легированных сталей с содержанием углерода до 0,6%, как например, для стали 60С2А эта скорость снижается до 30 С/с.

Изотермическая выцержка при температуре кипения жидкой среды, соответ-ствующей температуре Мн=(50-200 С)с устраняет воэможность образования 25 закалочных трещин, возникающих под воздействием высоких термических напряжений и уменьшает деформацию, обусловленную незначительным образованием мартенсита (25%) в переохлажден- 30 ном аустените. Кроме того, задержка мартенситных превращений при изотермической выдержке создает предпосылки для взрывоопасного характера превращения при последующем охлаждении, что приводит к резкому упрочнению

35 материала. Насколько важно рассчитать температуру и продолжительность выдержки видно из таблицы, где показано влияние продолжительности выдержки на прочностные характеристики стали 60С2А. С повышением продолжительности выдержки (по расчетным и экспериментальным данным это время равно примерно 1 с) прочность стали

60С2А понижается, Пример 1.

Стержень диаметром 6 мм из стали о

60С2А охлаждают от температуры 870 С в 60%-ном водном растврре СаС1, а затем к концу пузырькового кипения стержень перебрасывают в емкость с жидким азотом, вибрирующую с yesoнансной частотой.

После полного отсасывания и послео дующего отпуска при температуре 460 С;55 прочность стали 60С2А увеличилась. на

30 кгс/мм при сохранении ее высоких пластических свойств.

При указанной концентрации температура поверхности стержня в процессе пузырькового кипения поддержио вается на уровне 160-180 С, поэтому образуется не более 25% мартенсита, Пример 2.

Полуось диаметром 62 мм иэ стали 45 со шлицевой поверхностью на концах равномерно прогревается до о температуры 860 С и помещается в специальную камеру, в которой создается давление (5-7) ° 10 Па при скорости перемещения воды в камере 1-2 м/с °

По истечении 3 с давление в камере понижается почти до атмосферного (путем открытия заслонки в камере) и деталь продолжает охлаждаться в течение 30 с в интенсивном потоке воды, движущейся со скоростью 8-10 м/с.

В результате описанной технологии устраняется возможность образования закалочных трещин на шлице, повышается долговечность работы полуосей при циклических нагрузках, уменьшается коробление полуосей.

Пример 3.

Проволока диаметром 4 мм из стали 20 нагревается электрическим тоо ком до температуры 900-910 С и протягивается через специальное охлаждающее приспособление, состоящее из двух камер.

В первой камере поддерживается давление воды (10-12) ° 10 .Па, а во второй камере создается поток воды до

10 м/с.

В первой .камере происходит задержка превращения аустенита в мартенсит, а во второй камере создается высокая скорость охлаждения в мартенситном интервале, превышающая то значение, за пределами которого происходит заметное упрочнение стали.

Расчеты показывают, что скорость охлаждения в мартенситном интервале на втором этапе охлаждения можно регулировать в широком диапазоне 30600 С/с..

Предложенный способ позволяет noBhIcHTb прочностные свойства благодаря чему повышается изностойкость и долговечность работы изделий примерно в 5 раз.

797243

Механические .свойства различных марок сталей при закалке (высококонцентрированный раствор СаС1 — жидкий азот) Прочность,кгс/см

Пластичность, Х

Продол; жительСпособ закалки стали

Марка стали ность охлаждения в б,. р-ре

Закалка в 60Х-ном растворе CaCl c нереяосом в жидкий азот, находящийся в режиме виброперемешивания

130 бе 1

121

174

1 60С2А

192

54

7,3

163

175

2 60С2А

45

122

9,1

167

60С2А

159

1 60С2А

20 У7А

Закалка в 10Х-ном растворе СаС1 с переносом в спокойный жидкий азот

153

143

9,7

26

144

140

4,2

Закалка в 60Х-ном До пол- 45 растворе ного остыва- 60С2А ния

130

121

142

126

8,2

Техред Л.Олийнык

Редактор Н.Сильнягина

Корректор А.Обручар

Заказ 773 Тираж 544

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

Подписное

Производственно-.полиграфическое предприятие, г, Ужгород, ул. Проектная, 4