Спосіб термообробки низьколегованих сталей

Реферат: Винахід належить до галузі металургії, а саме - до способу термообробки низьколегованих сталей. Спосіб включає цементацію при 920-940 °C на задану глибину, подальше нагрівання в печі на температуру Ас1+(40-60 °C), витримку 40-90 хв, гартування з температури Ас3+(4060 °C) і низький відпуск. Винахід забезпечує підвищення зносостійкості, міцності при збереженні рівня пластичності. UA 112241 C2 (12) UA 112241 C2 UA 112241 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 Винахід належить до галузі металургії, а саме - до способу термообробки низьколегованих сталей. Відомий спосіб термообробки низьковуглецевих низьколегованих сталей, що включає гартування із міжкритичного інтервалу температур (Голованенко С.А. Двофазні низьколеговані сталі/ С.А. Голованенко, Н.М. Фонштейн. -М.: Металургія. - 1986. – 207 с). В результаті отримують феритно-мартенситну структуру (мартенсита 20-25 мас. %). Однак при високій пластичності сталі мають порівняно невисокі міцнісні властивості та зносостійкість. Відомий спосіб термообробки, що включає гартування з аустенітної області з температури, що перевищує Ас3 на 30-50° С і низький відпуск (Гуляєв А.П. Металознавство/ A.M. Гуляєв. -М.: Металургія, 1986. - 544 с.) Цей спосіб термообробки дозволяє отримати високу міцність, але не забезпечує підвищену пластичність і ударну в'язкість. Відомий спосіб термообробки низьковуглецевих низьколегованих сталей (прийнятий за найближчий аналог), що включає гартування з температури Ас3+(40-60 °C) і низький відпуск, який відрізняється тим, що перед гартуванням здійснюється попереднє нагрівання сталі у печі, яка має температуру Ас1+(40-60 °C), витримують при ній 40-90 хв., після чого здійснюють нагрів до температури Ас3+(40-60 °C) (Малінов Л.С. Патент України № 79717 С21D 1/18, С21D 1/78. Спосіб термообробки сталі. Бюл. № 10, 2007). Цей спосіб забезпечує добре поєднання механічних властивостей, але не дозволяє отримати високу зносостійкість поверхні. В основу винаходу поставлена задача розробки способу термообробки низьколегованих сталей, в яких нові умови здійснення термообробки дозволяють отримати більш високий рівень зносостійкості поверхні при збереженні гарного сполучення міцнісних властивостей, пластичності і ударної в'язкості серцевини. Для рішення поставленої задачі в способі термообробки низьколегованих сталей, що включає попереднє нагрівання в печі на температуру Ас 1+(40-60), витримку 40-90 хв., гартування з температури Ас3+(40-60 °C) і низький відпуск, який відрізняється тим, що перед попереднім нагріванням на температуру Ас1+(40-60 °C) проводять цементацію на задану глибину. Цементація поверхні на задану глибину забезпечує після гартування по запропонованому способу високу зносостійкість поверхні низьколегованої сталі. Більш низька температура цементації, ніж 920 °C робить процес насичення поверхні вуглецем більш тривалим, що знижує продуктивність процесу. При більш високій температурі цементації, ніж 940 °C відбувається сильне зростання зерна, що знижує механічні властивості серцевини після остаточної термообробки. Посадка сталі в попередньо нагріту піч на температуру Ас 1+(40-60 °C) і витримка при цій температурі 40-90 хв. скорочує час термообробки і викликає перерозподіл вуглецю та інших елементів між α- і γ-фазами. В результаті цього остання збагачується вуглецем і іншими аустенітоутворюючими елементами. Після гартування і низького відпуску в серцевині утворюється мартенсит відпуску з неоднаковим вмістом вуглецю і невелика кількість залишкового аустеніту. Ця структура забезпечує гарне поєднання механічних властивостей серцевини. При меншій, ніж Ас1+(40-60 °C) температурі, потрібна більш тривала витримка, що знижує продуктивність термообробки. Нагрівання до більш високих температур, ніж Ас1+(40-60 °C), знижує ступінь збагачення аустеніту насамперед вуглецем через зменшення його розчинності у ньому. У результаті знижується міцність мартенситу, який утворився після гартування і кількість залишкового аустеніту і, як наслідок, погіршується комплекс механічних властивостей серцевини після гартування і низького відпуску. Нагрівання до температури Ас3+(40-60 °C) здійснюється зі швидкістю не менше 250-300 °C/г, що зберігає високий ступінь легування γ-фази аустенітоутворюючими елементами, коротка витримка при зазначеній температурі (40-60 сек. на 1 мм перерізу) дозволяє позбутися від фериту в структурі серцевині сталі і зберегти дрібнозернистість, а також мікронеоднородність хімічного складу мартенситу, отримати невелику кількість залишкового аустеніту серцевини. Це дозволяє отримати в ній гарне поєднання механічних властивостей. У цементованому шарі сталі при зазначених умовах нагрівання до температури Ас 3+(4060 °C) і витримки при ній має місце часткове розчинення карбідів в аустеніті, його збагачення вуглецем до ~0,8 мас. % С. При цьому не відбувається помітне зростання зерна. Після гартування в поверхневому цементованому шарі зберігається дрібнозерниста структура мартенситу з підвищеним вмістом вуглецю і карбідів, що не розчинилися, що забезпечує після низького відпустку твердість 56-60 HRC і високу абразивну зносостійкість. 1 UA 112241 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 Більш низька, ніж Ас3+(40-60 °C) температура нагрівання і менша тривалість витримки в порівнянні з вказаною в заявці, не дозволяє усунути ферит в структурі серцевини, що знижує її міцнісні властивості. Крім того, в цементованому шарі не відбувається розчинення в аустеніті достатньої кількості карбідів і, як наслідок, знижується твердість і зносостійкість поверхневого шару. Навпаки, більш високе нагрівання і тривалість витримки призводять до вирівнювання хімічного складу аустеніту в серцевині, зменшення його мікронеоднорідності, збільшення розміру зерна, що знижує рівень механічних властивостей серцевини, особливо пластичності і ударної в'язкості. У поверхневому цементованому шарі відбувається розчинення більшої частини карбідів в аустеніті, що збільшує вміст вуглецю в мартенситі після гартування понад оптимальний. Це знижує його опір руйнуванню, в результаті чого зменшується зносостійкість поверхневого шару. Дослідження запропонованого способу термообробки проведені на кафедрі "Матеріалознавство" ДВНЗ "Приазовський державний технічний університет". Випробування на розрив виконані по ГОСТ 1497-84, ударної в'язкості по ГОСТ 9457-78. Визначення абразивної зносостійкості проведено за методикою Брінелля-Хауорта (Тененбаум М.М. Зносостійкість конструкційних матеріалів і деталей машин/ М.М. Тененбаум. М.: Машинобудування. - 1966. - 331 с.) Приклад 1 Сталь 09Г2С після цементації при 920 °C на глибину 1 мм і термообробки по режиму: нагрівання в МКІТ на 780 °C (зразки поміщали в нагріту піч), витримка 40 хв, нагрівання на 920 °C зі швидкістю 300 °C/год., витримка 4 хв, охолодження у воді, відпуск 200 °C 1 год. має 2 наступні властивості: σ0.2=880 МПа, σв=930 МПа, δ=15 %, ψ=60 %, KCU=1,3 МДж/м . Твердість поверхні становить 56 HRC. Відносна абразивна зносостійкість порівняно з аналогічною термообробкою цієї сталі, але без цементації, збільшилася у 2,5 разу. Приклад 2 Сталь 10Г2ФБ, цементована при 930 °C на глибину 1 мм, після термообробки по режиму: нагрівання в МКІТ на 780 °C (зразки поміщали в нагріту піч), витримка 60 хв, нагрівання на 900 °C зі швидкістю 300° С/год., витримка 4 хв, охолодження у воді, відпуск при 200 °C 1 год. 2 має наступні властивості: σ0.2=900 МПа, σв=1020 МПа, δ=12 %, ψ=55 %, KCU=1,1 МДж/м . Твердість поверхні становила 57 HRC. Відносна абразивна зносостійкість порівняно з аналогічною термічною обробкою, але без цементації, зросла у 2,8 разу. Приклад 3 Сталь 13ГС після цементації при 940 °C на глибину 1 мм і після термообробки по режиму: нагрівання в МКІТ на 760 °C (зразки поміщали в нагріту піч), витримка 60 хв, нагрівання на 900 °C зі швидкістю 250° С/год., витримка 4 хв, охолодження у воді, відпуск при 200 С° 1 год. має наступні властивості серцевини: σ0.2=980 МПа, σв=1150 МПа, δ=11 %, ψ=52 %, KCU=0,98 2 МДж/м . Твердість поверхні становила 58 HRC. Відносна абразивна зносостійкість зросла порівняно з такою ж термічною обробкою, але без цементації, в 3 рази. Приклад 4 Сталь 45Г, після цементації при 930 °C на глибину 1 мм і після термообробки по режиму: нагрівання в МКГГ на 760 °C (зразки поміщали в нагріту піч), витримка 40 хв., нагрівання на 900 °C зі швидкістю 300° С/год., витримка 4 хв, охолодження в маслі, відпуск при 200 °C 1 год. має наступні властивості серцевини: σ0.2=1250 МПа, σв=1400 МПа, δ=8 %, ψ=40 %, KCU=0,4 2 МДж/м . Твердість поверхні складає 60 HRC. Відносна абразивна зносостійкість зросла порівняно з такою ж термічною обробкою, але без цементації, у 2,3 разу. Наведені дані показують, що запропонований спосіб забезпечує гарне поєднання механічних властивостей серцевини і високу зносостійкість поверхні. ФОРМУЛА ВИНАХОДУ Спосіб термообробки низьколегованих сталей, що включає попереднє нагрівання в печі на температуру Ас1+(40-60 °C), витримку 40-90 хв, гартування з температури Ас3+(40-60 °C) і низький відпуск, який відрізняється тим, що перед попереднім нагріванням на температуру Ас1+(40-60 °C) проводять цементацію на задану глибину. 2 UA 112241 C2 Комп’ютерна верстка І. Скворцова Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Василя Липківського, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут інтелектуальної власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 3