Спосіб обробки сталей

Изобретение относится к металлургии, конкретнее, к способам армирования сталей. Известен способ армирования сталей, заключающийся в изготовлении газифицированных моделей, в которые устанавливают вставки из различных инструментальных материалов. При заливке конструкционной стали формируется корпус инструмента и соединение с армирующими вставками [1]. Недостатком способа является его сложность, т.к. требуется изготовление специальных моделей. Известен способ обработки сталей, состоящий из объемной закалки и последующей локальной пластической деформации при температуре ниже Мд в рифленых валках, что обеспечивает получение чередующихся структур аустенита и мартенсита [2]. Недостатком известного способа является необходимость использования специально изготовленных рифленых валков. Этот способ применим для сталей аустенитного класса. После такой обработки сталь имеет неодинаковое сечение, что не всегда допустимо. Наиболее близким техническим решением - прототипом, является способ обработки, включающий нагрев до аустенитного состояния (выше Ао2) и избирательное охлаждение поверхности металла [3]. Недостатком данного способа является то, что он не может быть использован для сталей мартенситного класса, например, мартенситных, мартенситностареющих, дисперсионно-твердеющих, т.к. мартенсит в них образуется и при малых скоростях охлаждения. В основу изобретения поставлена задача создать такой способ обработки сталей мартенситного класса, который позволил бы обеспечить чередование прочных и пластических участков за счет локального отпуска (старения). Для решения поставленной задачи в способе обработки сталей, включающем нагрев до аустенитного состояния, проводят объемное охлаждение всего металла, после чего осуществляют отпуск (старение) локальных участков. При этом локальный отпуск (старение) закаленной детали может осуществляться полым контртелом с профилированной поверхностью, имеющей заданное расположение выступов и впадин, изготовленным из теплопроводного материала и заполненного веществом, кристаллизующимся (плавящимся) при температуре отпуска. Локальное температурное воздействие контртела на поверхность нестареющих сталей, имеющих после закалки мартенситную структуру с высокой микротвердостью, вызывает снижение плотности дислокаций в а твердом растворе, в ряде случаев появляется остаточный аустенит, что снижает микротвердость данных участков и повышает их пластичность. Для мартенситно-стареющих и дисперсионно-твердеющих сталей, имеющих после закалки структуру низкоуглеродистого мартенсита невысокой микротвердости и повышенной пластичности, локальный нагрев за счет контакта поверхности детали с выступами контртела вызывает старение мартенсита и повышение микротвердости. Использование в качестве источника нагрева полого контртела с профилированной поверхностью, выполненного из меди, алюминия или сплавов на их основе, вследствие их повышенной теплопроводности, создает условия для нагрева локальных участков детали, контактирующих с выступом контртела, и протекания в них отпуска (старения). Применение однокомпонентного вещества или веществ, образующих эвтектику, кристаллизующихся (плавящихся) при постоянной температуре отпуска, например, смесь натриевых и калиевых или натриевых и бариевых или натриевых и кальциевых солей и т.д., обеспечивает постоянную температуру в месте контактов выступов контртела с обрабатываемой деталью в течение всего времени кристаллизации (плавления) солей. Ширину локально нагретых участков можно регулировать за счет изменения размеров выступов контртела, непосредственно контактирующих с деталью, а глубину - за счет времени контакта, что определяется временем кристаллизации (плавления) эвтектики. Последнее зависит от объема наполнителя, заполняющего контртело. Для локального отпуска возможно также использование источника концентрированной энергии, например, электронного или лазерного лучей. Таким образом, происходит армирование поверхности сталей мартенситного класса и получение чередующихся в заданной последовательности пластичных участков, которые находятся в более прочной матрице (для мартенситных нестареющих сталей) или прочных участков, расположенных в более пластичной матрице (для мартенситно-стареющих и дисперсионно-твердеющих сталей). Расположение и размеры локально отпущенных участков могут быть самыми разнообразными и должны выбираться с учетом требований, предъявляемых к конкретному изделию, которое подвергается поверхностному армированию. Способ осуществляется следующим образом: сталь мартенситного класса подвергают нагреву до аустенитного состояния и объемному охлаждению, а затем осуществляют отпуск (старение) локальных участков с помощью нагретого до заданной температуры контртела или источника концентрированной энергии, например, электронного или лазерного луча. Пример 1. Мартенситную сталь 08Г10 нагревают до аустенитного состояния при температуре 900° С, затем проводят объемное охлаждение в воде. После такой обработки сталь имеет мартенситную структуру (a+e - мартенсит) с микротвердостью 4500-4800 МПа. Заключительной операцией является отпуск локальных участков с помощью контртела, изготовленного из латуни и заполненного смесью солей 22,5% NaCI + 77,5% ВаСІ 2, плавящейся при температуре 635° С. При этом в локально нагретых участках формируется трехфазная структура (g + e +a) и микротвердость снижается до 2300-2600 МПа. Время контакта составляет 20 мин. Таким образом, в результате предложенной обработки на поверхности мартенситной нестареющей стали формируются чередующиеся в заданной последовательности участки повышенной микротвердости (Нà 0,980 = 4500-4800) с более пластичными участками (Нà 0,980 = 2300-2600 МПа). Пример 2. Мартенситно-стареющую сталь 03Н24ТЮ нагревают до аустенитного состояния при 860° С, проводят объемное охлаждение в масло. После этого сталь имеет структуру низкоуглеродистого мартенсита с микротвердостью 2400-2800 МПа. Заключительной операцией является старение локальных участков за счет воздействия лазерного луча (диаметр лазерного луча 3 мм, скорость перемещения образца относительно лазерного луча 560 мм/мин). В результате такой обработки микротвердость локальных участков повышается до 5700-6200 МПа. Пример 3. Мартенситно-стареющую сталь 03Н24ТЮ нагревают до аустенитного состояния при 860° С, проводят объемное охлаждение в масле. После этого сталь имеет структуру низкоуглеродистого мартенсита, с микротвердостью 2400-2800 МПа. Заключительной операцией является старение локальных участков за счет нагретого контртела, изготовленного из бронзы и заполненного смесью солей 37% NaCI и 41% КСІ И 22% ВаСІ 2, плавящейся при температуре 552° С. В результате такой обработки в заданных участках, контактирующих с выступами контртела, происходит старение мартенсита и микротвердость повышается до 4500-5500 МПа. При использовании предлагаемого способа для штампов горячего деформирования, изготовленных из стали 93Н24ТЮ, локальному старению подвергалась рабочая поверхность матрицы и пуансонов. При этом обеспечивается сочетание повышенной твердости и износостойкости рабочей части штампа при сохранении пластичности к вязкости сердцевины штампа. Таким образом, в результате предложенной обработки на сталях мартенситного класса могут быть получены чередующиеся в заданной последовательности прочные и пластичные структуры, причем, в локальных участках микротвердость изменяется в 1,7-2,1 раза по сравнению с основным металлом.