Спосіб термообробки доевтектоїдних низьколегованих сталей

Реферат: Спосіб термообробки доевтектоїдних низьколегованих сталей включає нагрівання в міжкритичному інтервалі температур (МКІТ) до Ас 3 - (20-40 °C), витримку 2-6 хв/мм, гартування у воді і відпустку при 150-300 °C при вмісті в сталях ≥0,13 % вуглецю. До нагріву в МКІТ сталі попередньо нагрівають до температури Ас3+(200-400 °C) з швидкістю 250-300 °C/хв, витримують при цій температурі 40-60 с/мм і охолоджують у воді при вмісті вуглецю ≤0,3 %, або олії при вмісті вуглецю >0,3 %. UA 120091 U (12) UA 120091 U UA 120091 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Корисна модель належить до металургії чорних металів, а саме до способів термообробки доевтектоїдних низьколегованих сталей. Відомий спосіб термообробки доевтектоїдних низьколегованих сталей, що включає гартування з температури Ас3 + (30-50 °C). [Гуляев А.П. Металловедение / А.П. Гуляев. - М.: Металлургия, 1986. - 544 с.]. Такий спосіб термообробки дає можливість отримати найбільш високі твердість і міцність при порівняно низькій пластичності і ударній в'язкості. Відомий спосіб термообробки низьковуглецевих низьколегованих сталей, що включає гартування з міжкритичного інтервалу температур (МКІТ). В результаті отримують структуру, ферит і 25 % мартенситу, що забезпечує невисоку межу текучості і високу пластичність двофазної сталі, що піддається глибокому витягу і холодній висадці [Голованенко С.А. Двухфазные низколегированные стали / С.А. Голованенко, Н.М. Фонштейн. - М.: Металлургия, 1986. - 207 с.]. Засіб не дозволяє отримати добре поєднання підвищених міцності, пластичності і ударної в'язкості. Відомий спосіб термообробки низьковуглецевих низьколегованих сталей (прийнятий за найближчий аналог), що включає гартування у воді з МКІТ. Спосіб включає нагрів під гартування до температури Ас3 - (20-40 °C), витримку 2-6 хв/мм. При вмісті в сталях ≥ 0,13 % вуглецю після гартування проводять відпуск при 150-300 °C [Малінов Л.С., Бурова Д.В. Спосіб термообробки низьковуглецевих низьколегованих сталей. Патент України на корисну модель № 103343, МПКС21D 1/18 (2006.01), С21D 1/78(2006.01)]. Цей спосіб дозволяє отримати в низьковуглецевих низьколегованих сталях підвищений рівень міцності, достатню пластичність і ударну в'язкість. Спосіб включає охолодження з міжкритичного інтервалу температур у воді до кімнатної температури. Однак це доцільно для сталей, що містять ≤ 0,3 % вуглецю. У доевтектоїдних низьколегованих сталей з більш високим вмістом вуглецю охолодження у воді при гартуванні може викликати тріщиноутворення і викривлення. Доцільно додатково підвищити міцність при збереженні пластичності і ударної в'язкості. У основу корисної моделі поставлено задачу розробити спосіб термообробки доевтектоїдних низьколегованих сталей, в якому нові умови здійснення термообробки дозволять отримати більш високий рівень міцності, при збереженні на достатньому рівні пластичності, ударної в'язкості і виключити тріщиноутворення і викривлення в сталях з підвищеним вмістом вуглецю. Для вирішення поставленої задачі в способі термообробки доевтектоїдних низьколегованих сталей, що включає нагрів в МКІТ до температури Ас3 - (20-40 °C), витримку 2-6 хв/мм, гартування у воді і відпуск при 150-300 °C при вмісті в сталях ≥0,13 % вуглецю, відповідно до корисної моделі, до нагріву в МКІТ сталі попередньо нагрівають з швидкістю 250-300 °C/хв до температури Ас3+(200-400 °C), витримують 40-60 с/мм, охолоджують у воді при вмісті вуглецю ≤ 0,3 %, або олії при більш високому, ніж 0,3 % вуглецю. При цьому сталі, що містять ≤ 0,3 %, вуглецю охолоджують з МКІТ у воді до кімнатної температури або у воді до температури 250-400 °C, а потім до кімнатної температури на повітрі, або після витримки в печі 30-60 хв при цій температурі. У разі безпосереднього охолодження у воді до кімнатної температури з МКІТ сталей, що містять ≥ 0,13 % вуглецю, проводять відпуск при 150-300 °C. Запропонований спосіб дозволяє отримати підвищений рівень міцності, пластичності і ударної в'язкості. Він ґрунтований на принципі отримання дрібнозернистої дисперсної багатофазної неоднорідної структури, що містить мартенсит і/або бейніт, залишковий аустеніт і невелику кількість карбідів. Послідовність операцій термічної обробки в запропонованому способі обумовлена наступним. Попереднє загартування, що включає нагрів на температуру Ас 3+(200-400 °C.) з швидкістю 250-300 °C/хв і витримку при цій температурі 40-60 с/мм, забезпечує отримання дрібного зерна 10-11 балів і, відповідно, дисперсного мартенситу. Після нагріву і витримки в МКІТ відбувається додаткове подрібнення аустенітного зерна, виникає субструктура в α-фазі і мікронеоднорідність хімічного складу в γ-фазі в результаті перерозподілу між ними легуючих елементів. Це дозволяє отримати після заключної термообробки найбільш високий рівень механічних властивостей. Більш висока температура нагріву під попереднє гартування, ніж Ас3+400 °C, викликає зростання зерна аустеніту, повне розчинення карбідів і збільшення розмірів кристалів мартенситу, що знижує механічні властивості після заключної термообробки. Нижчий нагрів, ніж Ас3+200 °C, не забезпечує повної перекристалізації сталі, що знижує ефект підвищення властивостей. Швидкість нагріву 250-300 °C/хв може бути реалізована в печі, попередньо нагрітій на задану температуру. Менша швидкість нагріву, ніж 250 °C/хв, знижує продуктивність 1 UA 120091 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 термообробки, а більш велика швидкість нагріву, ніж 300 °C/хв вимагає спеціального устаткування, що здорожує процес термообробки. Менша витримка, ніж 40 с/мм, не дозволяє реалізувати процес перекристалізації при температурі нагріву під гартування Ас3+200 °C, а витримка більш, ніж 60 с/мм, при температурі нагріву Ас3+400 °C викликає зростання зерна аустеніту, розчинення карбідів. Те і інше знижує механічні властивості сталей. Вибір температури 250-400 °C, до якої слід охолоджувати сталі у воді з МКІТ, обумовлений наступним. При температурі, більш високій, ніж 400 °C, може утворитися ферито-карбідна суміш, що викликає зниження механічних властивостей. При температурі нижче, ніж 250 °C, утворюється мартенсит або нижній бейніт, пересичений вуглецем, що знижує пластичність і ударну в'язкість. Витримка при температурах 250-400 °C менше 30 і більше 60 хв призводить до зниження механічних властивостей. У першому випадку зменшується пластичність і ударна в'язкість із-за недостатнього відпуску мартенситу або пересиченості нижнього бейніту вуглецем. У другому випадку знижується рівень міцності внаслідок зменшення щільності дислокацій в мартенситі і/або бейніті. Запропонований спосіб термообробки може бути застосований для великого числа доевтектоїдних низьколегованих сталей різного хімічного складу і призначення. Випробування запропонованого способу проведені в лабораторії кафедри "Матеріалознавство" ДВНЗ "ПДТУ". Приклад 1 Сталь 13ГС, у якій Ас3=870 °C, була термооброблена за запропонованим способом: нагрівання до температури 1270 °C (Ас3+400 °C) з швидкістю 300 °C/хв, витримка 40 с/мм, гартування у воді, нагрівання в МКІТ на 830 °C (Ас3-40 °C), витримка 2 хв/мм, гартування у воді і відпуск при 200 °C. В результаті отримані наступні механічні властивості: σ 0,2=1120 МПа, 2 σΒ=1290 МПа, =12 %; ψ==56 %, KCU=1,1 МДж/м Після термообробки за відомим способом з МКІТ (830 °C) без попереднього гартування отримані наступні механічні властивості: σ0,2=960 МПа, σΒ=1170 МПа, =12 %, ψ=56 %, KCU=0,9 2 МДж/м . Приклад 2 Сталь 25X1 М1Ф, у якій Ас3=860 °C, була термооброблена за запропонованим способом: нагрівання до температури 1160 °C (Ас3+300 °C) з швидкістю 300 °C/хв, витримка 40 хв/мм. гартування у воді, нагрівання в МКІТ на 820 °C (Ас3-40 °C), витримка 2 хв/мм, гартування у воді до 400 °C, охолодження на повітрі. В результаті отримані наступні механічні властивості: 2 σ0,2=1220 МПа, σΒ=1350 МПа, =12 %, ψ=54 %, KCU=1,1 МДж/м . Після термообробки за відомим способом з МКІТ (820 °C) без попереднього гартування отримані наступні механічні властивості: σ0,2=1120 МПа, σΒ=1250 МПа, =12 %, ψ=52 %, KCU=1,1 МДж/м. Приклад 3 Сталь 30ХГСА, у якій Ас3=830 °C, була термооброблена за запропонованим способом: нагрівання до температури 1230 °C (Ас3+400 °C) з швидкістю 250 °C/хв, витримка 50 с/мм, гартування у воді, нагрівання в МКІТ на 790 °C (Ас3-40 °C), витримка 2 хв/мм, гартування у воді до 300 °C, витримка 60 хв, охолодження на повітрі. В результаті отримані наступні механічні 2 властивості: σ0,2=1210 МПа, σΒ=1310 МПа, =16 %, ψ=59 %, KCU=1,5 МДж/м . Після термообробки за відомим способом з МКІТ (790 °C) без попереднього гартування отримані наступні механічні властивості: σ0,2=1150 МПа, σΒ=1270МПа, =21 %, ψ=63 %, KCU=1,0 2 МДж/м . Приклад 4 Сталь 38ХС, у якій Ас3=810 °C, була термооброблена за запропонованим способом: нагрівання до температури 1110 °C (Ас3+300 °C) з швидкістю 250 °C/хв, витримка 40 с/мм, гартування в олії, нагрівання в МКІТ на 780 °C (Ас3-30 °C), витримка 2 хв/мм, охолодження у воді до температури 350 °C, витримка 30 хв, охолодження на повітрі. В результаті отримані 2 наступні механічні властивості: σ0,2=1220 МПа, σΒ=1330МПа, =15 %, ψ=55 %, KCU=1,1 МДж/м Після термообробки за відомим способом з МКІТ (780 °C) без попереднього гартування отримані наступні механічні властивості: σ0,2=900 МПа, σΒ=1070 МПа, =18 %, ψ=57 %, KCU=1,3 2 МДж/м . Запропонований спосіб дозволяє отримати підвищений рівень міцності при збереженні достатньої пластичності і ударної в'язкості. Він може бути реалізованийз використанням наявного на підприємстві устаткування для термічної обробки. При гартуванні маловуглецевих сталей по запропонованому способу не потрібно використати дорогу і неекологічну олію. 60 2 UA 120091 U ФОРМУЛА КОРИСНОЇ МОДЕЛІ 5 10 1. Спосіб термообробки доевтектоїдних низьколегованих сталей, що включає нагрівання в міжкритичному інтервалі температур (МКІТ) до Ас3 - (20-40 °C), витримку 2-6 хв/мм, гартування у воді і відпуск при 150-300 °C при вмісті в сталях ≥0,13 % вуглецю, який відрізняється тим, що до нагріву в МКІТ сталі попередньо нагрівають до температури Ас 3+(200-400 °C) зі швидкістю 250-300 °C/хв, витримують при цій температурі 40-60 с/мм і охолоджують у воді при вмісті вуглецю ≤0,3 %, або олії при вмісті вуглецю >0,3 %. 2. Спосіб за п. 1, який відрізняється тим, що сталі, які містять ≤0,3 %, охолоджують з МКІТ у воді до кімнатної температури або у воді до температури 250-400 °C, а потім одразу до кімнатної температури на повітрі або після витримки в печі 30-60 хв на повітрі. 3. Спосіб за п. 1, який відрізняється тим, що сталі при вмісті >0,3 % вуглецю, охолоджують з МКІТ у воді до температури 250-400 °C, витримують в печі 30-60 хв, а потім охолоджують до кімнатної температури на повітрі. 15 Комп’ютерна верстка В. Мацело Міністерство економічного розвитку і торгівлі України, вул. М. Грушевського, 12/2, м. Київ, 01008, Україна ДП “Український інститут інтелектуальної власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 3