Спосіб термообробки виробів, переважно із нержавіючих сталей

Изобретение относится к области металлургии, в частности к способам скоростной закалки нержавеющих сталей. Известен способ термической обработки стальных деталей высокой точности [1], заключающийся в проведении предварительной термообработки на троостит или сорбит и последующего лазерного облучения рабочих поверхностей деталей. Недостатками известного способа являются малая глубина упрочненной зоны (0,75мм) и невозможность повышения комплекса механических свойств. Наиболее близким техническим решением является способ лазерной закалки [2]. заключающийся в проведении предварительного улучшения (закалки и отпуска при 300-600°С) и последующего скоростного нагрева лазерным лучом и охлаждения лишь поверхностного слоя детали небольшой глубины (не более 1,05мм). В известном способе предложенный режим термообработки не способен обеспечить объемный нагрев изделия из-за неглубокого проникновения лазерного луча, следствием чего является невозможность повысить такие свойства как прочность, пластичность и вязкость. В основу изобретения поставлена задача создать способ термической обработки изделий преимущественно из нержавеющих сталей, в котором за счет осуществления новых операций и изменения режима обеспечивается повышение прочностных и пластических свойств, вязкости и износостойкости, и за счет этого увеличивается долговечность деталей и достигается экономия легированных сталей. Поставленная задача решается тем, что в способе термической обработки изделий, преимущественно из нержавеющих сталей, включающем улучшение, скоростной нагрев, охлаждение, согласно изобретению, скоростной нагрев ведут до Ас3+(370-450)°С, а затем проводят низкотемпературный отпуск. В способе осуществляют объемный скоростной нагрев детали При скоростном нагреве ТВЧ обеспечивается (сквозной) прогрев испытываемых образцов. Более высокая температура скоростного нагрева Ас3+(370-450°С), чем в известных способах, но отсутствие выдержки, с одной стороны, исключает полное растворение карбидов и гомогенизацию аустенита (хотя все известные способы закалки предусматривают выравнивание химсостава аустенита), с другой стороны, обеспечивает достаточное растворение в аустените углерода и хрома и необходимое упрочнение мартенсита. В результате при закалке по предложенному способу сохраняется мелкозернистая структура, Формируется гетерогенная дисперсная смесь мартенсита, карбидов и повышенное количество (18-29%) метастабильного остаточного аустенита, равномерно распределенного в структуре. Получение такой структуры, а также последующее превращение остаточного аустенита в мартенсит при деформации в процессе испытаний или при эксплуатации по оптимальной кинетике и обеспечивает одновременное повышение прочностных, пластических свойств, ударной вязкости и износостойкости сталей, т.е. комплекса механических свойств. Нагрев сталей до температуры меньше Ас3+370°С с указанными скоростями не обеспечивает достаточное насыщение аустенита углеродом и хромом, вследствие чего образуется низкоуглеродистый мартенсит пониженной твердости и недостаточное количество (или отсутствие) метастабильного остаточного аустенита. В результате не обеспечивается повышение прочностных свойств. Скоростной нагрев до температуры больше Ас3+450°С с указанной скоростью вызывает почти полное растворение карбидов в аустените, быстрый рост аустенитного зерна и даже оплавление, что снижает все механические характеристики сталей. Низкотемпературный отпуск проводится для уменьшения внутренних напряжений, стабилизации до определенного уровня остаточного аустенита и повышения пластичности сталей. Предложенный способ термообработки нержавеющих сталей опробован в производственных условиях ПО "Азовмаш". Стандартные образцы для механических испытаний из стали 20х13 (разрывные гагаринские, ударные сечением 10x10мм с U-образным надрезом, на кручение диаметром рабочей части 6мм) предварительно подвергали улучшению (закалка с 1050°С и отпуск при температуре 720°С). После этого по одному образцу помещали в кольцевой одновитковый индуктор диаметром 100мм симметрично относительно плоскости индуктора, обеспечивая при этом их осевое расположение. Скоростной объемный равномерный нагрев всего образца осуществляли токами высокой частоты от лампового генератора ЛЗ-207 с параметрами работы: анодный ток 7А, частота тока 60кГц, напряжение на контуре 6кВ, мощность контура 200кВт, скорость нагрева составляла 200-50°С/с. Время нагрева изменяли от 15 до 19,5с, а температуру соответственно варьировали от 1000 до 1450°С. По истечении заданного времени нагрева образцы охлаждали в масле, после чего проводили низкотемпературный отпуск при температурах 200-250°С. Испытания механических свойств сталей после термообработки по предложенному и известному способам проводили в лабораторных условиях Мариупольского металлургического института. Испытания на растяжение осуществляли на разрывной машине Р-4, на кручение - на машине КМ-50-1, на ударную вязкость - на маятниковом копре МК30, на износ - на машине МИ-1М. Рез ультаты механических свойств приведены в таблице. Из таблицы следует, что после термообработки по предложенному способу со скоростным нагревом до оптимальных температур Ас3+(370+450)°С прочностные (sв1, s0,2 , tп4 , t0,3), пластические (б, ψ, g) характеристики, ударная вязкость и износостойкость значительно выше, чем после скоростной закалки по известному способу, а также чем после обычной закалки с нагревом в печи. Эффективность предложенного способа заключается в существенном повышении комплекса механических и эксплуатационных свойств, долговечности деталей и экономии легированных сталей.