Спосіб термоциклічної обробки багатофазних деформованих залізних сплавів

1 Спосіб термоциклічної обробки багатофазних деформованих залізних сплавів, що включає багаторазове нагрівання, витримку і охолодження, який відрізняється тим, що нагрівання ведуть до температури на 50 - 150°С нижче за температуру солідус сплаву, а КІЛЬКІСТЬ ЦИКЛІВ нагрівання (п) вибирають ВІДПОВІДНО до рівняння Сзаг-0,8 В-к-ДТ де Сзаг - загальний вміст вуглецю в сплаві, %, 0,8 - концентрація вуглецю в евтектоіді, %, Винахід відноситься до галузі чорної металурги, а саме до термічної обробки багатофазних деформованих залізних сплавів, переважно до заевтектоідних сталей і чавунів Відомий спосіб термоциклічної обробки(ТЦО) відливок з сірого феритного чавуну, що включає багаторазове нагрівання в захисному середовищі вище за Асз на 50 - 200°С зі швидкістю 6 - 10°С/хв, витримку 1 0 - 1 8 хвилин, охолодження до 650°С зі швидкістю ЗО - 35°С/хв і охолодження на повітрі [А с СРСР №697576, кл С 21 D 5/00, опубл 20 07 1979] Через знижену температуру нагріву і недостатню витримку розчинення графіту відбувається в обмежених розмірах, що спричиняє збереження пластинкової форми графіту і його розподіл в об'ємі аустеніто-графітної колони, тим самим веде до невисоких значень механічних і експлуатаційних властивостей Виконання способу ТЦО у виробничих умовах непридатне для дліномірних великих відливань Найбільш близьким аналогом винаходу, що k - коефіцієнт розчинності, тобто зміна концентрації вуглецю в аустеніті при ЗМІНІ температури на 1°С, рівний (1 3)-10 3 %С/°С, ДТ -температурний інтервал циклування вище за Аі ( Д Т = Т К - А 1 ) , ° С , Т к - верхня температура циклу, що рівна ТСОлідус (50 150) °С, Аі - евтектоідна температура сплаву, °С, В - міра розчинення великих карбідів, що рівна 0,3 0,5 2 Спосіб за п 1, який відрізняється тим, що КІЛЬКІСТЬ ЦИКЛІВ приймають рівним 2 -10 3 Спосіб за п 1, який відрізняється тим, що багаторазове нагрівання і охолоджування переривають ізотермічною витримкою при верхній температурі циклу 4 Спосіб за п 1, який відрізняється тим, що остаточне охолоджування ведуть в повітряному, рідкому або газовому середовищі заявляється, є спосіб термоциклічної обробки високохромистого чавуну, в якому ведуть нагрівання до температури 1100°С, витримку протягом 0,5 години, охолоджування до 400°С і витримку протягом 0,5 години, після чого нагрівання поновлюють При цьому число теплозмін не перевищує шести, а остаточне охолодження ведуть в маслі [Баранов А А , Слюсарев В Ю , Марчук С И Влияние теплосмен на структуру и свойства высокохромистого чугуна // Изв ВУЗов Черная металлургия - 1982, №8 -С 89-91] Загальні ознаки найближчого аналога, що співпадають з суттєвими ознаками запропонованого способу, що заявляється багаторазове нагрівання, витримка і охолоджування Відомий спосіб не забезпечує досягнення необхідного технічного результату через утворення великих кристалів надмірних фаз в структурі даного сплаву, що обмежує їх використання у виробництві Обробка багатофазних деформованих залізних сплавів відомим способом приводить до того, ю СО Ю Ю 55135 що присутність в їх структурі кристалів надмірної фази, що сильно розрізнюються розмірами, формою і розподілом, знижує комплекс механічних і фізико-хімічних властивостей виготовлених з них виробів Так, наявність великих пластин графіту в сірих чавунах або карбідів в білих чавунах окрихчує матеріали і робить їх малопридатними для виробництва якісних виробів Відомий спосіб в залежності від ХІМІЧНОГО складу сплаву і технології його виробництва вимагає значні витрати на обробку і не завжди приводить до досягнення однорідності структури Це особливо важливо, коли незавершена структура вже склалася у виробах і з'являється загроза відбракування В основу винаходу поставлена задача удосконалення способу термоциклічної обробки багатофазних деформованих залізних сплавів, в яких за рахунок технологічних параметрів забезпечується отримання однорідної структури з рівномірно розподіленою надмірною фазою, що забезпечує високі механічні властивості сплавів, що обробляються Поставлена задача вирішується тим, що в способі термоциклічної обробки багатофазних деформованих залізних сплавів, що включає багаторазове нагрівання, витримку і охолоджування, згідно винаходу нагрівання ведуть до температури на 50 - 150°С нижче за температуру солідус сплаву, а КІЛЬКІСТЬ циклів нагрівання(п) вибирають ВІДПОВІДНО до рівняння С„г-0,8 п= В-к-ДТ де, Сзаг - загальний вміст вуглецю в сплаві, %, 0,8 - концентрація вуглецю в евтектоіді, %, k - коефіцієнт розчинності, тобто зміна концентрації вуглецю в аустеніті при ЗМІНІ температури на 1°С, рівний (1 -3) 103%С/°С, ДТ -температурний інтервал циклування вище за Аі (ДТ= Т к - Аі), °С, Тк - верхня температура циклу, що рівна ТСОлідус -(50-150)°С, Аі - евтектоідна температура сплаву, °С, В - міра розчинення великих карбідів, що рівна 0,3-0,5 Доцільно КІЛЬКІСТЬ ЦИКЛІВ приймати рівним 2 10 Доцільно багаторазове нагрівання і охолоджування переривати ізотермічною витримкою при верхній температурі циклу Доцільно остаточне охолодження проводити в повітряному, рідкому або газовому середовищі Під час деформування сплавів з великими карбідними частками в останніх нагромаджуються напруження і деформації, що підвищують енергію Гіббса і що збільшують їх розчинність Нарівні з цим скупчення дислокацій в сусідньому аустеніті сприяє зародженню і зростанню нових карбідних часток, що не містять дефектів кристалічної будови і, отже, що володіють зниженою енергією Пббса Незважаючи на малі розміри, останні менше розчинні в аустеніті Тривале деформування при високих температурах приводить до усунення великих карбідів і до отримання однорідної структури, в якій зернисті карбіди рівномірно розподілені в аустеніті Труднощі, що виникають при виборі шляхів вдосконалення структури багатофазних сплавів, пов'язані з тим, що нагрівом без оплавління не можливо повністю розчинити надмірну фазу в твердому розчині Форма, розміри і розподіл кристалів надмірної фази трохи змінюються під час тривалого перебування сплаву навіть при передплавильних температурах При нагріванні до температури Тсолідус - (50 150)°С відбувається поетапне розчинення великих кристалів надмірної фази, тобто за кожний цикл нагрівання розчиняється лише частина великих кристалів, так що загалом за весь цикл обробки відбувається заміна неоднорідної структури однорідною Спосіб термоциклічної обробки, що пропонується, підвищує напруження і деформації, що приводить до накопичення дефектів атомнокристалічної будови Вибір ВІДПОВІДНИХ параметрів ТЦО(температура нагрівання, тривалість витримки, швидкість охолоджування, КІЛЬКІСТЬ термоциклів) приводить до підвищення ЩІЛЬНОСТІ дислокацій у наслідок ВІДМІННОСТІ в пружних властивостях і коефіцієнтах термічного розширення карбідів і твердих розчинів, мартенситного перетворення, градієнта температур і інш Режим ТЦО включає в себе великий температурний інтервал, щоб збільшити вплив ВІДМІННОСТІ в пружних властивостях і коефіцієнтах теплового розширення фаз для підвищення розчинності надмірної фази Верхню температуру циклу(Тк) вибирають з умови, що вона не повинна значно перевищувати поріг рекристалізації матеріалу надмірної фази У цьому випадку при кожному циклі нагрівання зростає ЩІЛЬНІСТЬ дефектів атомно-кристалічної будови фази, що веде до збільшення енергії Гіббса фази і її розчинність Нижню температуру циклу вибирають з урахуванням критичних температур поліморфних перетворень У металевих сплавах розвиток сдвиговых поліморфних перетворень сприяє накопиченню напружень, деформації і руйнуванню великих карбідних кристалів, а також утворенню дислокаційних скупчень в сусідньому твердому розчині Для більш повного розчинення деформованих великих кристалів і утворення нових кристалів в сусідньому твердому розчині рекомендується використати ізотермічну витримку при верхній температурі циклу КІЛЬКІСТЬ ЦИКЛІВ нагрівання і охолоджування вибирають в залежності від конкретного ХІМІЧНОГО складу сплаву і пред'явлених до виробу вимог згідно запропонованому рівнянню Воно лежить в межах 2-10 циклів Для реалізації способу відливки або поковки нагрівають до температури на 50 - І50°С нижче за температуру солідусу і короткочасної витримки(Юхв) охолоджують в повітряному, рідкому або газовому середовищі Після охолоджування нагрів поновлюють Для зниження швидкості повторного нагрівання і усунення окислення вироби потрібно розміщувати в закритих контейнерах Багаторазове нагрівання і охолоджування переривають ізотермічною витримкою при верхній температурі циклу, при якій реалізовується ВІДМІННІСТЬ В ЩІЛЬНОСТІ дефектів атомно-кристалічної будови, а, отже, і розчинність великих і дрібних кристалів надмірної фази При цьому тривалість ізотермічної витримки 55135 не повинна бути великою, щоб уникнути розвитку скороченням протяжності карбідних смут і стоншення їх, але темп цих змін залежав від режиму коалесценції, ослабляючої ефективність запропоТЦО Підвищення верхньої температури циклу і нованого способу ТЦО прискорення охолоджування сприяли розвитку Приклад Дослідження проводили на кованих вказаних змін в структурі сталі Параметри обробзразках ледебуритної сталі ХІ2 марочного складу ки і результати випробувань представлені в табУ початковому стані карбіди розміщувалися перелиці важно у вигляді смуг з невеликою КІЛЬКІСТЮ дрібЗ таблиці слідує, що термоциклічна обробка них часток в міжсмугових дільницях КІЛЬКІСНО карбагатофазних деформованих залізних сплавів за бідну неоднорідність характеризували середніми способом, що заявляється, приводить до змензначеннями довжини і товщини смуг, а також шення розмірів карбідних смуг, збільшення КІЛЬКОЩІЛЬНІСТЮ і розмірами рівноосних ізольованих часСТІ міжсмугових часток поряд з відносно високою ток в міжсмугових дільницях У кованих зразках твердістю при числі циклів від 2 до 10 в з найблидовжина смуг становила 0,20 - 0,31 мм, а товщина жчим аналогом Таким чином, ТЦО кованої сталі 0,008 - 0,017мм Термоциклічну обробку за спосоХІ2 по розробленим режимам сприяє вдосконабом, що пропонується, вели по режимах ленню структури за рахунок усунення карбідної 900 о 20°С і 1100 о 20°С, 900 500°С і = смугастості і більш рівномірного розподілу карбід1 1 0 0 ° 500°С з охолоджуванням в повітрі і воді, і них часток по режиму найближчого аналогу КІЛЬКІСТЬ ЦИКЛІВ МІНЯЛИ від 2 до 15 В усіх випадках спостерігали за Таблиця N° п/п Режим ТЦО КІЛЬКІСТЬ ЦИКЛІВ 1 1100 400°С, = масло 5 2 900 о 20°С, вода 3 900 о 500°С, на повітрі 4 1100 20°С, = вода 5 1100 500°С, = на повітрі 5 10 15 5 10 15 5 10 15 5 10 15 Розміри карбідних смуг, мм Довжина Товщина Відомий спосіб - найближчий аналог 0,12-0,030 Відносна КІЛЬКІСТЬ Твердість, міжсмугових часток HRC 0,015-0,012 Запропонований спосіб 0,27-0,17 0,012-0,0075 0,25-0,16 0,011 -0,005 0,22-0,13 0,011 -0,005 0,27-0,14 0,011 -0,005 0,24-0,13 0,009-0,005 0,21 -0,11 0,008-0,004 0,22-0,15 0,008-0,006 0,19-0,11 0,007-0,004 0,18-0,11 0,0055 - 0,004 0,21 -0,14 0,008-0,005 0,16-0,11 0,007-0,004 0,17-0,10 0,006-0,004 Підписано до друку 03 04 2003 р Тираж 39 прим ТОВ "Міжнародний науковий комітет" вул Артема, 77, м Київ, 04050, Україна (044)236-47-24 20 52 25 28 ЗО 28 35 38 36 40 45 42 45 48 51 48 46 55 52 50 57 56 55 59 56