Спосіб термічної обробки сталі

УКРАЇНА (19) UA (11) 48647 (13) U (51) МПК (2009) C21D 1/78 МІНІСТЕРСТВО ОСВІТИ І НАУКИ УКРАЇНИ ДЕРЖАВНИЙ ДЕПАРТАМЕНТ ІНТЕЛЕКТУАЛЬНОЇ ВЛАСНОСТІ видається під відповідальність власника патенту ОПИС ДО ПАТЕНТУ НА КОРИСНУ МОДЕЛЬ (54) СПОСІБ ТЕРМІЧНОЇ ОБРОБКИ СТАЛІ 1 2 (13) 48647 (11) що передує наступному нагріву, тільки в останньому циклі охолоджування здійснюється в масло. [Кидин И.Н., Астафьева Е.В., Акопов Е.С. Циклическая электротермическая обработка стали 40Х с переменными параметрами // Изв. вузов. Черная металлургия, 1971.-№7. -С. 138-141]. * Спосіб в порівнянні із звичайним гартом і низьким відпуском дозволяє підвищити межу міцності на 80-170МПа і відносне звуження на 10%. Після циклічної обробки додатково необхідно провести низький відпуск 150…200 С, що збільшує час обробки і вимагає додаткових витрат теплової енергії. Після цих операцій утворюється структура відпущеного мартенситу, яка не має високої ударної в'язкості. Спосіб може застосовуватися тільки до виробів невеликого перетину простої циліндрової форми (дріт, прутки, осі і т.п.), якщо ж обробити за допомогою такої обробки виріб великого перетину або виріб з діаметром, що змінюється вздовж довжини (наприклад, вал), то неминуче виникнуть термічні напруження, в результаті яких відбудеться викривлення або поломка. За прототип прийнято спосіб, який є найближчим за технологічними параметрами і суттю фазових перетворень, що oтримав назву циклічного сфероідізуючого відпалу. Режим включає декілька циклів „нагрів-охолодження". В кожному циклі використовується нагрів в печі до температури 750…780 С, витримка при цій температурі, охоло UA Корисна модель відноситься до металургійного виробництва чорних металів, а саме - до способу термічної обробки сталей. Відомий спосіб термообробки сталей, що включає триразовий прискорений нагрів в печі до температури на 30...50 С вище температури АС1, охолодження на повітрі до температур 600.. 620 С і подальше охолоджування у воді [Федюкин В.К., Смагоринский М.Е. Термоциклическая обработка металлов и деталей машин. - Л.: Машиностроение. Ленингр. отд-ние, 1989. -255 с]. Спосіб забезпечує хорошу здатність до обробки різними операціями різання за рахунок утворення гомогенного зернистого перліту з мінімальною твердістю і міцністю. Проте режим застосовується тільки до заевтектоїдних сталей, в структурі яких присутня достатня об'ємна частка частинок карбідів, і використовується як підготовча операція до гарту с наступним низьким відпуском. Відомий режим циклічної електротермічної обробки із змінними параметрами, що включає триразовий нагрів, який здійснюється пропусканням змінного електричного струму через виріб. В кожному наступному циклі швидкість нагріву і верхні температури циклів підвищується: v1=50мС/с, v2=200 C/c, v3=450 С/с, Т2=30 С, Т3=60 С, охолоджування в кожному циклі ведеться на повітрі до температур нижчих Аr1, при нижніх температурах в циклах виконується ізотермічна витримка, U кожному наступному циклі в порівнянні з попереднім від АС1+(20...40)°С - в першому циклі, АС3+(20...40)°С - в другому, АС3+(70...80)°С - в третьому з ізотермічною витримкою при максимальній температурі в кожному циклі і подальше охолодження між циклами до температур 250...400 °С на повітрі. 2. Спосіб термічної обробки за п. 1, який відрізняється тим, що нагрів здійснюється переважно із швидкістю 80...120 °С/год. 3. Спосіб термічної обробки за п. 1, який відрізняється тим, що ізотермічну витримку здійснюють з розрахунку 0,7-1,0 хв./мм перерізу. (19) (21) u200910677 (22) 22.10.2009 (24) 25.03.2010 (46) 25.03.2010, Бюл.№ 6, 2010 р. (72) ІВАЩЕНКО ВІКТОРІЯ ЮРІЇВНА, ЧЕЙЛЯХ ОЛЕКСАНДР ПЕТРОВИЧ (73) ПРИАЗОВСЬКИЙ ДЕРЖАВНИЙ ТЕХНІЧНИЙ УНІВЕРСИТЕТ (57) 1. Спосіб термічної обробки сталі, що включає циклічний нагрів в печі з ізотермічною витримкою в кожному циклі і охолодження, який відрізняється тим, що здійснюють трицикловий нагрів в печі із збільшенням максимальної температури нагріву в 3 дження із швидкістю 20…50 С/год. до температури 670…680 С, витримка при цій температурі. В останньому циклі охолоджування, починаючи з 550…600 С можна проводити на повітрі [Смирнов М.А., Счастливцев В.М., Журавлев Л.Г. Основы термической обработки стали. - М.: Наука и технологии, 2002 г.- 519 с]. Спосіб забезпечує хорошу здатність до обробки різанням за рахунок зниження твердості, міцності, підвищення характеристик пластичності унаслідок перетворення пластинчастої форми карбідів у сфероїдну. Проте такий режим не дозволяє регулювати об'ємну частку сфероїдних включень в структурі, а також робить неможливим їх одночасну присутність в структурі з частинками пластинчастої форми, а як наслідок, за допомогою сфероідізуючого відпалу неможливо підвищувати комплекс механічних властивостей в цілому. В основу корисної моделі поставлена задача розробки способу термічної обробки сталей, в якому за рахунок зміни режиму обробки здійснюється одночасне підвищення характеристик міцності, пластичності та ударної в'язкості у виробах з різними розмірами і формою перетину. Для вирішення поставленої задачі в способі термічної обробки сталі, що включає циклічний нагрів в печі з ізотермічною витримкою в кожному циклі і охолоджуванням, відповідно до корисної моделі, здійснюють трьохцикловий нагрів в печі із збільшенням максимальної температури нагріву в кожному наступному циклі в порівнянні з попереднім від АC1+(20…40)°С - в першому циклі, АC3+(20…40) С - в другому, АC3+(70…80) С - в третьому з ізотермічною витримкою при максимальній температурі в кожному циклі і подальшим охолодженням між циклами до температур 250…400 С - на повітрі. При цьому нагрів в кожному циклі здійснюється із швидкістю 80…120 С/год, а ізотермічну витримку здійснюють із розрахунку 0,7..1,0мін/мм перетину. У першому циклі використовується нагрів у міжкритичний інтервал температур, який приводить до перетворення перліту в аустеніт із збереженням деякої частки початкового фериту. В наслідок міжфазних деформацій між феритом і аустенітом відбувається генерація дефектів кристалічної будови, які через невелику тривалість витримки при максимальних температурах нагріву зберігаються в структурі, а при нагріві вище температури АC3 в другому циклі - успадковуються аустенітом. Під час останнього - третього циклу нагрів також здійснюється в -область з істотним перегрівом відносно АC3 з метою гомогенізації аустеніту, повної перекристалізації і створення рівномірної зернистої структури. Така послідовність зміни температур 48647 4 нагріву в циклах режиму призводить до формування розвинутої субструктури, подрібненню зерна, часткової сфероідізації карбідів. Температура охолоджування між циклами з одного боку не повинна бути нижчою 250 С, щоб не викликати термічне напруження, здатне привести до розтріскування, з другого боку - не повинна бути вищою 400 С, щоб реалізувати перетворення аустеніту в перліт і забезпечити фазовий перехід по глибині перетину. Різниця між максимальною температурою нагріву і мінімальною температурою охолодження, що збільшується від циклу до циклу, необхідна для забезпечення більшого ступеня переохолодження при перетворенні і отримання більш дисперсного евтектоїду, чим в попередніх циклах. Використовування вказаних швидкостей нагріву дозволяє застосовувати спосіб термічної обробки до виробів з перетинами різних розмірів без ризику виникнення руйнівних термічних напружень. Спосіб проілюстрований графіком режиму термоциклічної обробки із змінними температурами Тmах, що приведено на фігурі. Іспити запропонованого способу проведені у лабораторії кафедри матеріалознавства Приазовського державного технічного університету. Приклад 1. Зразки із сталі 50ХН термоциклували за наступним режимом: перший цикл включав нагрів у МКІ (міжкритичний інтервал) до температури 740 С, витримку 15 хвилин і охолодження на повітрі до 250 С; другий цикл включав нагрів до 790 С, витримку 15 хвилин і охолодження на повітрі до 250 С; останній цикл включав нагрів до температури 820 С, витримку 15 хвилин і охолодження на повітрі до t КІМН. Було отримано структуру – 8% фериту, 83% пластинчатого перліту, 9% зернистого перліту. Механічні випробування показали наступні показники механічних властивостей: 0,2=430МПа, B=840 МПа, 2 =40%, =17%, КСU=48,0Дж/см . Приклад 2. Зразки із сталі 60ХН термоциклували за режимом, що включав три термоцикли: 1-й цикл - нагрів у МКІ до температури 740 С, витримку 15хв. і охолодження на повітрі до 250 С; 2-й цикл - нагрів до температури 780 С, витримку 15хв. і охолодження на повітрі до 250 С; 3-й цикл нагрів вище температури АСЗ до температури 810 С, витримку 15хв. і охолодження на повітрі до tKІMH. Металографічні дослідження показали, що структура складається із 5% фериту, 81% пластинчастого перліту, 14% зернистого перліту. Завдяки такої структури отримано наступні показники механічних властивостей: 0,2=415МПа, 2 =870МПа, =37%, =14%, KCU=44,5 Дж/см . B 5 48647 6 Таблиця 1 Механічні властивості сталі 50ХН, отримані внаслідок обробки за термоциклічними режимами із змінними параметрами і за режимом-прототипом Механічні властивості № режиму Тmах, °С Кількість циклів 0 ,2 , B, МПа МПа ,% ,% KCU, 2 Дж/см 1 30-40 2 810 445 17,5 36,0 38,0 2 30-40 3 840 430 17,0 40,0 48,5 3 10-20 3 795 405 23,0 47,0 53,0 4 50-70 3 855 435 17,0 30,5 34,0 5 50-70 4 855 430 16,0 31,0 30,0 За прототипом незмінні температури 3 790 405 21,0 52,0 43,5 Tmax. Tmіn 1 Примітка: циклі. Примітки підвищився тільки 0 ,2 , оптимальне поєднання B, 0,2, знизилися; , , KCU підвищилися B, 0,2, підвищилися; , , KCU підвищилися B, 0,2, знизилися; , , KCU підвищилися B, 0,2, знизилися; , , KCU підвищилися Тmax - різниця між максимальними температурами нагріву в наступному і попередньому Таким чином, застосування цього способу термообробки дозволяє підвищувати комплекс механічних властивостей цілому. Спосіб може бути використаний для широкого спектру виробів з Комп’ютерна верстка А. Крижанівський перетинами різних розмірів, як простої, так і складної форми із доевтектоїдних нелегованих і легованих сталей. Підписне Тираж 26 прим. Міністерство освіти і науки України Державний департамент інтелектуальної власності, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601