Спосіб термообробки високовуглецевих марганцевистих аустенітових сталей

Винахід стосується металургії, а саме способів термообробки високовуглецевих марганцевистих аустенітових сталей. Відомий спосіб термообробки сталі 110Г13Л що включає загартування від 1050-1100°С у воду. Така термообробка забезпечує високу ударну в'язкість і зносостійкість при великих статичних чи динамічних навантаженнях. Однак після звичайного загартування абразивна зносостійкість сталі невелика, тому що не відбувається наклеп аустеніту. У цьому випадку опір зношуванню мало відрізняється від інших сталей такої ж твердості (Гуляєв А.П. Металознавство.-М. Металургія.-19 86.- 544с.). Відомий спосіб термообробки для підвищення абразивної зносостійкості сталі 110Г13Л (прототип), що включає дворазовий відпал з температурою нагрівання 800-830°С і повільним охолодженням після кожного нагрівання зі швидкістю не більш 25 град/год. та подальше загартування від 1050-1100°С (Парфенов Л.І., Сорокін Г.А. Структура і зносостійкість сталі 110Г13Л // Металознавство і термообробка метанів-1969. -№1.- С.67). Цей спосіб дуже тривалий (30год.), що є наслідком двократного нагрівання і малої швидкості охолодження з температури нагрівання, а також не забезпечує достатню зносостійкість. В основу винаходу поставлена задача розробити спосіб термообробки високовуглецевих марганцевистих аустенітних сталей, у якому шляхом зміни режимів термообробки досягаються скорочення тривалості процесу і підвищення зносостійкості. Для вирішення поставленої задачі в способі термообробки високовуглецевих марганцевистих аустенітних сталей, що включає відпал і подальше загартування, відповідно до винаходу відпал проводять при температурах мінімальної стійкості аустеніту стосовно утворення ферито-карбідної суміші протягом часу за який забезпечується одержання її у кількості ³60%, а загартування проводять диференційовано з нагріванням в інтервалі температур, забезпечуючих збереження карбідів при абразивному зношуванні чи їхнє розчинення при ударно-абразивному При тому у випадку абразивного впливу тривалість відпалу складає до 15год., а нагрів під загартування проводять при 850-900°С. При ударно-абразивному впливі тривалість відпалу складає до 10год., а нагрів під загартування проводять при 1050-1100°С. Вибір режиму відпалу обумовлений тим, що в залежності від хімічного складу сталі відрізняється температура мінімальної стійкості аустеніту до розпаду з утворенням ферито-карбідної суміші (ФКС) і швидкість його протікання. Так у сталях з вмістом вуглецю (1,0-1,2%) і марганцю 6-8% аустеніт практично цілком перетворюється у ФКС при 550°С за 1,5-2год. а в сталях з таким самим вмістом вуглецю і марганцю 13-14% найбільш інтенсивне утворення ФКС протікає при 600°С, але навіть після 10-15год. у структурі зберігається велика кількість (30-35%) аустеніту, що не розпався. При абразивному зношуванні варто забезпечити перед наступним загартуванням можливо більш повний розпад аустеніту, щоб мати в структурі велику кількість карбідів. У випадку ударно-абразивного зношування досить мати в структурі ~65%. Нагрівання під загартування також проводять з урахуванням умов зношування, які характеризуються коефіцієнтом динамічності (Кд) і обумовленим відношенням величини твердості після зношування до початкового загартованого від 1100°С стану. У тому випадку, коли Кд близький до одиниці, тобто має місце абразивний знос, а наклепу поверхні немає, температура нагрівання під загартування повинна бути 850-900°С. Після термообробки структура являє собою аустеніт, армований карбідами, що є зміцнювальною фазою, і це підвищує опір руйнуванню. Крім того, аустеніт, збіднений вуглецем і марганцем котрі знаходяться в карбідах, стає метастабільним і під впливом абразивних часток перетворюється в мартенсит деформації. Це обумовлює додаткове зміцнення поверхні, яка зношується, і підвищує зносостійкість. Якщо сталь піддається ударно-абразивному впливу, що характеризується великою динамічністю і Кд³2,5, то загартування проводять від 1050-1100°С для розчинення більшості карбідів і одержання переважно структури, яка має підвищену стабільність стосовно утворення мартенситу деформації, що забезпечує високу пластичність, ударну в'язкість і, як наслідок, ударно-абразивну зносостійкість. При реалізації запропонованого способу термообробки, що передбачає диференційований підхід до вибору режиму термообробки, зносостійкість збільшується на 20-60% у порівнянні з прототипом, а тривалість термообробки скорочується в кілька разів. Приклад 1. На кафедрі «Матеріалознавство» ПДТУ були проведеш дослідження щодо підвищення абразивної й ударноабразивної зносостійкості високовуглецевої марганцевистої аустенітової сталі 110Г13Л. Експериментальне було встановлено, що найбільш інтенсивний розпад аустеніту з утворенням ферито-карбідної суміші відбувається при 600°С. Ця температура була обрана для проведення відпалу. Його тривалість - 10-15год., при кількості феритокарбідноі суміші більше чи менше 65% відхилення за часом виявилося неефективним. Для підвищення абразивної зносостійкості (Кд~1,1) була обрана температура нагрівання під загартування 850°С, тому що більш низька чи більш висока температури аустенізації знижують зносостійкість. Абразивна зносостійкість визначалася на установці типу Бринеля-Хауорта. Абразивом був кварцовий пісок крупністю 0,4мм. Отримані дані приведені в таблиці 1. Таблиця 1 Вплив режимів термообробки на абразивну зносостійкість сталі 110Г13Л. За еталон обрана зносостійкість цієї сталі, термообробленої за режимом прототипу. Температура відпалу, °С 500 600 Час витримки, год. 5 10 15 5 Температура нагрівання під загартування, °С 850 850 Відносна абразивна зносостійкість, e 1,10 1,15 1,20 1,20 10 15 5 10 15 700 600 850 750 850 950 10 1,30 1,25 1,00 1,05 1,05 1,15 1,30 1,10 Для підвищення ударно-абразивної зносостійкості оптимальним режимом термообробки був такий: відпал при 600°С протягом 10год. і загартування від 1050°С. Відхилення по температурі нагрівання при проведенні відпалу чи загартування, а також за часом витримки при відпалі привели до одержання більш низьких значень відносної зносостійкості (табл.2). Таблиця 2 Вплив режимів термообробки на ударно-абразивну зносостійкість стаді 110Г13Л Температура відпалу, °С Час витримки, год. 5 10 15 5 10 15 5 10 15 500 600 700 600 10 Температура нагрівання під Відносна ударно-абразивна загартування, °С зносостійкість, e 1,05 1050 1,07 1,10 1,15 1050 1,20 1,10 1,00 1050 1,05 1,08 950 1,05 1050 1,20 1150 1,10 Іспити проводилися на установці, вертикально встановленим сталевим диском, що обертається зі швидкістю 1350об/хв., на котрому кріпилися зразки. Вона має кожух та бункер, з якого на зразки подається чавунний дріб, співдіючий з ними зі швидкістю 40м/с. Приклад 2. Комбінованій обробці у запропонованому способі була піддана високо вуглецева марганцевиста аустенітова сталь Г20Г8Л. Найбільш високі результати щодо підвищення абразивної зносостійкості отримано після термообробки, що включає відпал при 550°С протягом 2год. (кількість ферито-карбідної суміші складає 70-90%) і загартування від 850-900°С. Іспити на абразивну зносостійкість проводилися на тій же установці, що й у прикладі 1. Відхилення режимів термообробки від оптимального варіанту знижували зносостійкість (табл.3). Таблиця 3 Вплив режимів термообробки на абразивну зносостійкість сталі 120Г8Л Температура відпалу, °С 450 550 600 550 Час витримки, год. 1 2 3 1 2 3 1 2 3 2 Температура нагрівання під Відносна абразивна загартування, °С зносостійкість, e 1,20 850 1,25 1,25 1,40 850 1,50 1.45 1,30 850 1,35 1,38 850 1,50 900 1,45 950 1,40 Визначення ударно-абразивної зносостійкості сталі 120Г8Л показало, що її найбільш високий рівень досягається після комбінованої обробки, що включає відпал при 550°С протягом 1 години і що до температур відпалу і нагрівання під загартування, а також часу відпалу знижують зносостійкість (табл,4). Таблиця 4 Вплив режимів термообробки на ударно-абразивну зносостійкість стали 120Г8Л Температура відпалу, °С 400 550 700 550 Час витримки, год. 1 2 3 1 2 3 1 2 3 1 Температура нагрівання під загартування, °С 1050 1050 1050 950 1050 1100 1150 Відносна ударноабразивна зносостійкість, e 1,07 1,10 1,13 1,35 1,25 1,15 1.10 1,18 1,20 1,18 1,35 1,37 120 Наведені дані показують, що запропонований спосіб дозволяє одержати більш високу зносостійкість, чим відомий при значному скороченні тривалості процесу термообробки.