Спосіб термообробки сталей мартенсітного класу

Изобретение относится к области металлургии, в частности к способам термообработки сталей. Наиболее близким по совокупности признаков технической сущности и достигаемому результату к предлагаемому, является способ термообработки стали с 5-9% Мп [1], включающий закалку с 900°С, отпуск с нагревом в двухфазный (a+g) интервал при температурах 560-680°С охлаждением в воде, масле или на воздухе, повышающий пластичность и вязкость сталей при удовлетворительной прочности. Однако длительная выдержка в двухфазном (a+g) интервале температур в течение 2 ч (фиг. 6) вызывает полный распад мартенсита и получение слишком большого количества ревергированного остаточного аустенита (3562%), что делает невозможным сохранение высокой прочности. В основу изобретения поставлена задача усовершенствования способа термообработки сталей мартенситного класса, в котором исключается длительная выдержка в двухфазной аустенитно-ферритной области, а кратковременный нагрев (5-10 мин) без выдержки сохраняет от распада мартенсит и обеспечивает получение значительно меньшего (10-25%) количества остаточного аустенита. За счет этого существенно увеличивается пластичность при сохранении высокой прочности сталей, что позволяет снизить металлоемкость деталей, увеличить надежность машин. Поставленная задача решается тем, что в способе термообработки сталей мартенситного класса, включающем нагрев до температур двухфазной астенитно-ферритной области и охлаждение, согласно изобретению нагрев до температур двухфазной аустенитно-ферритной области производят на 20-30°С выше т.Ан(Асі) до получения 10-25% остаточного аустенита, а перед нагревом осуществляют нормализацию или закалку. В известных способах, приведенных выше, нагрев в двухфазную аустенитно-ферритную область температур обычно производится до больших, чем на 20-30°С выше т,Ан(Асi) температур с последующей продолжительной выдержкой в течение 1-2 ч (фиг.2), необходимой для получения большего количества (3562%) ревертированного остаточного аустенита, Причем длительная выдержка в известных способах неизбежно вызывает распад мартенсита и его превращение в феррит. В результате этого повышение ударной вязкости обязательно сопровождается снижением прочности сталей. В предложенном способе в отличие от прототипа (фиг.1) после нормализации проводят лишь нагрев до температур двухфазной астунитно-ферритной области в течение 5-10 мин до получения значительно меньшего количества остаточного аустенита (10-25%) без последующей выдержки при этих температурах. Отсутствие выдержки сохраняет преимущественно мартенситную структуру, полученную предварительной закалкой (нормализацией), что обеспечивает сталям высокий уровень прочностных свойств. В виду кратковременности нагрева и отсутствия выдержки в двухфазном (a+g) интервале температур лишь частично протекает a+g превращение, вызывая образование значительно меньшего (10-25%), чем в прототипе, количества аустенита. Равномерный характер его распределения в структуре и, особенно, весьма постепенная кинетика его превращения в мартенсит при деформации в ходе испытания свойств обусловливает повышенную пластичность, наводимую мартенситным превращением, и служит дополнительным источником повышения предела прочности. Время нагрева до заданной температуры в двухфазный (a+g) интервал зависит от размеров, расположения деталей и особенностей нагревательного оборудования. В предложенном способе термообработки деталей наибольших размеров для достижения указанного выше технического эффекта нагрев в двухфазный (a+g) интервал ведут 5-10 мин до получения 10-25% остаточного аустенита. Для деталей других размеров 50 время нагрева будет иным, его обычно рассчитывают по справочным данным (Фиргер В,И. Термическая обработка сплавов: Справочник. - Л,: Машиностроение, 1982, с.29-30). Главное, что после нагрева отсутствует 55 выдержка и производится быстрое охлаждение в воде. Нагрев в предложенном способе в двухфазный (a+g) интервал осуществляется при температурах на 2030°С выше т.Ан(АСi), обозначающий начало а-» у превращения. Нагрев до температур ниже обусловленного интервала за время, менее расчетного не обеспечивает достаточного развития a+g превращения и образования нужного количества ревертированного остаточного аустенита, что не позволяет достигать высокой пластичности сталей. Нагрев до более высоких температур, чем на 20-30°С выше т. Ан(Асі) и более продолжительная последующая выдержка при этих температурах сопровождается распадом мартенсита и получением чрезмерно большого количества (40-50%) ревертированного аустенита, что существенно снижает предел текучести, а более активная кинетика превращения остаточного аустенита в мартенсит в процессе испытания свойств вызывает снижение пластичности в сравнении с оптимальным режимом обработки. Термообработка мартенситных сталей 20X13 и20Г7СТ по известному способу, взятому за прототип (Канев В,П., Никулин С.Α., Штремель М.А. - МиТОМ. 1980, №. 9, с.61-63) с выдержкой в двухфазной аустенитно-ферритной области в течение 2 ч (фиг.2) вызывает образование большого количества (45-50%) ревертированного остаточного аустенита, полный распад мартенсита, существенно снижает предел текучести и не позволяет реализовать заявляемого технического эффекта. Предложенный способ термообработки сталей мартенситного класса опробован в лабораторных условиях Мариупольского металлургического института (ныне Приазовский государственный технический университет). Он осуществляется следующим образом. Образцы для испытаний сталей мартенситного класса диаметром рабочей части 6 мм подвергаются нормализации (или закалке) с температур: сталь 20Х131050°С, 20Г7СТ-900°С с охлаждением на воздухе (или в масле). Затем образцы нагревают в камерной электропечи до температур двухфазной аустенитно-ферритной области на 20-30°С выше т.Ан(Асi). Для стали 20X13 оптимальная температура нагрева составляет 850°С, а стали 20Г7СТ-620°С. Время нагрева образцов согласно расчетных данных по работе (Фиргер В.И. Термическая обработка сплавов: Справочник Л : Машиностроение, 1982, с.29-30) составляет 6-7 мин. Это соответствует получению 10-25% остаточного аустенита в структуре сталей. Выдержка в двухфазной аустенитно-ферритной области температур варьировалась от 0 (по заявленному способу) до 120 мин (по прототипу). В последнем случае количество аустенита возрастает до 30-55%. После нагрева и выдержки в двухфазном (α +γ) интервале образцы охлаждают в воде до комнатной температуры. После термообработки проводят испытания механических свойств на кручение на машине КМ-50-1, по ГОСТ 3565-81. Механические свойства сталей 20X13 и 20Г7СТ приведены в таблице. Из таблицы следует, что термообработка сталей по предложенному способу с нагревом в двухфазном (a+g) интервале на 20-30°С выше т. Ан(Асi) в течение 5-10 мин (т.е. практически без выдержки) обеспечивает получение 10-25% остаточного аустенита и существенно увеличивает пластичность при сохранении высокой прочности. Так нагрев в течение оптимального времени 7 мин (см.табл.) повышает в 2-3 раза относительный сдвиг (g), характеризующий пластичность сталей и сохраняет на высоком уровне прочностные свойства: предел прочности (tпч) и предел текучести () в сравнении с обычно применяемым для этих сталей низким отпуском при 200°С или обработкой по прототипу. Нагрев в двухфазный (a+g) интервал, вызывающий получение меньшего, чем 10% количества остаточного аустенита (нагрев 3 мин), и наоборот большего, чем 25% остаточного аустенита (температура нагрева на 50-60°С выше т. Ан(Асі) с выдержкой в течение 20 мин и более) не позволяет получать высокую пластичность в сочетании с высокой прочностью (см.табл.). Термообработка сталей по способу прототипа (Канев В.П., Никулин С.А., Штремель М.А. - МиТОМ, 1980, Ns 9, с.61-63) (фиг.2) не обеспечивает значительного повышения пластичности (g) и вызывает заметное снижение предела текучести (t0,3), следовательно, не реализует заявленного технического эффекта. Эффективность предложенного способа заключается в повышении качества деталей, выражающегося в существенном улучшении свойств сталей, увеличении надежности машин.