Способ обработки конструкционных сталей
И. П.Банас, Г. П.Алексеева, И. Н.Лазечный, И. И.
М.М. Новиков, А. Н. Уткина; Б. И. Чирков и Т. А. Г (72) Авторы изобретения (7I ) Заявитель (54) СПОСОБ ОБРАБОТКИ КОНСТРУКЦИОННЫХ СТАЛЕЙ
Изобретение относится к металлургии, в частности к способам химико-термической обработки конструкционных сталей.
Известен процесс химико-термической обработки легированных сталей, состоящий нз цементации при 1050-1100оС, подстуживания до 900-950 С с непосредственной-закалкой в масле, отпуска при 160-500 С fl j.
1О
Однако данный способ включает подстуживание до 900-950 С, при котором выделяются грубые карбиды по границам . зерен, что снижает контактную долговечность, изгибную выносливость, а также прочность при статическом изгибе.
Известен также способ обработки конструкционный сталей, включающий цементацию при 900-920 С, нагрев под закалку и закалку в горячую среду с темпера- 20 турой 220оС, отпуск при 560 С, обработку холодом и отпуск при 160-180оС;
Данный способ обеспечивает твердостьцементованного слоя 60 НКС (2).
Однако для деталей, работающих при высоких температурах (до 400оС) про исходит снижение твердости до 55 HRC и контактной долговечности.
Наиболее близким к предлагаемому по технической сути и достигаемому результату является способ обработки конструк ционных сталей, включающий цементацию при 980-1100 С, непосредственную за калку в горячую среду с температурой
100-400 С и отпуск многократный при
510-560 С (3).
Однако при обработке стели по атоМу способу в результате цементайии с непосредственной закалкой при содержании углерода в слое 0,9% и выше структура поверхностной зоны, глубиной до 0,35мм, состоит из аустенита с небольшим количеством карбидов. При последующем от- ° пуске у-в о превращение протекает как при температуре изотермической выдержки (по перлитному механизму), так и при охлаждении отпуска (по мартенситно му механизму). Перлитный механизм рба3 9985 лизуется по границам зерен с образованием тонкодисперсного тростита, имеющего пониженную твердость.
М ногократ кое повторение отпусков приводит к перераспределению легирующих 5 элементов между у и о .фазами и на грешницах зерен образуется зона, рбогащен ная хромом и другими ферритообразователями. На травленом микрошлифе она выявляется в виде светлой составляю- 10 щей .
При наличии светлой составляющей по границам зерен контактная выносливость цементованных образцов снижается, 1 в 1 5-2 раза. Если в закаленном цемен- 15 тованном слое имеется небольшое количество мартенсита (20-40%), превращение аустенита при отпуске происходит равномерно в объеме зерна без образования ярко выраженных сегрегаций легиру- zg. ющих. элементов. Но это возможно при пониженном содержании углерода (0,60,8/o), которое также не обеспечивает достаточной контактной выносливости.
Все это приводит к преждевременному 25 образованию выкрашивания цементованного слоя, т.е. снижению долговечности деталей. Показатели контактной долговечности, прочности при статическом изгибе, вязкости не обеспечивают параметров З0 ресурса изделий.
Белью изобретения является повышение эксплуатационной стойкости в результате повышения ударной вязкости, прочности при изгибе, изгибной вынослй35 во "ти и контактной долговечности.
Для достижения поставленной цели согласно способу обработки конструкционных сталей, включающему цементацию при 980-1100 С с непосредственной за40 калкой с этой температуры и многократный отпуск при 510-560оС, закалку проводят в масло, затем проводят промежуточный отпуск при 200-400 С и обработку холодом.
При этом закалку проводят в масло е температурой от комнатной до +80 С, .а обработку холодом проводят при темпе о ратуре от -50 до -70 С.
Полный цикл химико-термической обработки состоит из цементации при 98050
1100 С,непосредственной закалки в масло
О с температурой от комнатной до +80 С,отпуска при 200 00оС, обработки холодом при температуре от -50 до -70 С о и отпуска при 510-560 С 3-5 раз.
Закалка с большой скоростью охлаждения в масло предотвращает протекание диффузионных процессов, выделения кар20 4 бидов по границам зерен, фиксирует пересыщенный твердый раствор аустени- та.
Последующий отпуск при 200-400 С не оказывает влияния на аустенитный цементованный слой, но приводит к отпуску мартенситной структуры сердцевины и переходной зоны, предотвращая при дальнейшей обработке холодом образование трещин.
Обработка холодом приводит к образованию 35-40% мартенсита в цементова ьном слое. Дальнейшее г- с превращение происходит при многократном отпуске путем выделения карбидов из аустенита и мартенсита BO время выдержки при
510-560оС и превращения обедненного аустенита в мартенсит при охлаждении до комнатной температуры.
Предлагаемый режим химико-термическ ой обработки легирова нны х сталей обеспечивает получение удовлетворительной мйкроструктуры и требуемых параметров цементованного слоя и сердцевины, В опытно-производственных условиях проводят обработку образцов из стали
13х3НВМ2Ф следующего химического состава, Ь:
С 0,12
Мь 0,44
5i 0,57
3,05
1,1
9 0,69
Iho 1,87
0,23 по,двум режимам - известному и предлагаемому для определения механических свойств и структуры.
Предлагаемый режим: цементация в печи U60 в газовой среде с ступенчатой подачей пиробензола 2 ч-140 см /ч+
+1 ч-100 смЗ/ч, охлаждение в масле с температурой 20, 30, 80 С, отпуск при температуре 200,300,400 С, выдержка
2 ч, охлаждение на воздухе, обработка о холодом при -50, .-60,. -70 С, 2 ч отпуска при 530 С, выдержка 1 ч (3 раза), охлаждение на воздухе.
Известный режим: цементация в газовой среде с ступенчатой подачей пиробензола 2 ч-140 см /ч+1 ч-100 см /ч, о охлаждение в масле с температурой 120 С, отпуск при 530 С, выдержка 1 ч (3 раза), охлаждение на воздухе.
Свойства. цементованной на глубину
1 мм, стали 13ХЗНВМ2Ф-111 в сравнении с известной представлены в таблице.
:998520
32 10
1,8
Бесструктур- ный высо коотпущенный мартен- сит и мелкодиспероные карбиды
Предлагаемый
0,93:
264
1,7 ° 10
Известный
219
0,98
П р и м е ч а н и е: По предлагаемому способу свойства не изменяются в интервале граничных значений. в масло с температурой от комнатной до +80 С.
3. Способ по п. 1, о т л и ч а ю3$ шийся .тем, что обработку холодом проводят при температуре от -50 до
- 70оС. ю Источники информации, принятые во внимание при экспертизе
1. Авторское свидетельство СССР № 184094, кл. С 23 С 9 06, .1962.
2. Минкевич А. H. Химико-термическая обработка металлов и сплавов. М., Машиностроение, 1965, с. 76-80;
3. Авторское свидетельство СССР № 436894, кл. С 21 3 1/78, 1971.
Составитель P. Клыкова
Редактор Н. Рогулич Техред Л.Пекарь Корректор Е. Рошко
Заказ 1076/45 Тираж 566 Подписное
ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий
113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5
Филиал ППП "Патен., r. Ужгород, ул. Проектная, 4
Формула изобретения
1. Способ обработки конструкционных сталей, включающий цементацию при
980-1100 С с непосредственной. закалкой с этой температуры и многократный отпуск при 510-560оС, о т л и ч а юшийся тем, что, с целью повышения эксплуатационной стойкости в результате повышения ударной вязкости, прочности при изгибе,изгибной выносливости и контактной долговечности, закалку проводят в масло, затем проводят промежуточный отпуск при 200-400 С.-и обработку хо л одом.
2. Способ по и. 1, о т л и ч а ю - ! шийся тем, что проводят закалку
Игольчатый высоко отпущен ный мартенсит,мелкодиспероные карбиды и светлая фаза по границам зерен


