Спосіб термообробки сталі

Реферат: Спосіб термообробки сталі включає нагрівання стальних поковок, витримку в печі, охолодження з піччю і охолодження на повітрі до температури навколишнього середовища. UA 72390 U (12) UA 72390 U UA 72390 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Корисна модель належить до способів термічної обробки високоміцної сталі, який здійснюють в декілька циклів, і може бути використана для виготовлення сталі, яку використовують для виробництва турбін, редукторів для морського флоту та іншого. Відомий спосіб термічної обробки великогабаритних виробів (Авторське свідоцтво СРСР №3591, МПК C21D 1/56, опубл. 27.12.1994, бюл. № 6), який включає нагрів, видержку, охолодження в баку з нагрітим гартівним середовищем і відпускання, в якому для зниження викривлення виробів і підвищення небезпеки праці за рахунок відвертання викиду гартівного середовища, охолодження здійснюють в дві стадії, на першій з яких охолоджують у воді з температурою tкип - 10 °C - tкип або водних розчинах солей з температурою tкип - 50 °C - tкип до придбання поверхнею виробу температури 180-550 °C, а на другій стадії здійснюють охолодження зануренням або проводять охолодження на повітрі. В даному способі внаслідок різкого зниження температури виробу відбувається утворення тріщин на поверхні, що приводить до неможливості подальшого використання виробу. Відомий спосіб термоциклічної обробки високоміцної сталі (Патент України №21636, МПК C21D 1/18, 15.03.2007, опубл. Бюл. №3, 2007р.), що включає швидкий нагрів до температури на 30-50 °C вище точки Ас1, критичної температури фазових перетворень структури металу при нагріванні, з наступним охолодженням на повітрі до температури на 50-80 °C нижче точки Аг1, критичної температури фазових перетворень структури металу при охолодженні, у якому нагрів виконують до температури на 205 °C вище температури фазових перетворень Ас3, критичної температури фазових перетворень структури металу при нагріванні, з наступним охолодженням на повітрі до температури нижче точки на 50 °C критичної температури фазових перетворень структури металу при охолодженні Аг1, а другий цикл нагрівання виконують до температури на 25 °C вище точки Ас3 з наступним охолодженням на повітрі до температури навколишнього середовища. В способі нагрів високоміцної сталі в обох циклах термообробки виконують індукційним нагріванням СВЧ зі швидкістю близько 100 °C/с і без витримування між циклами. Даний спосіб не забезпечує комплекс високих механічних характеристик, наприклад ударної в'язкості металу. Відомий спосіб термічної противофлокенної обробки поковок, (Патент РФ №2252268, МПК C21D3/06, опубл. 20.05.2005 p.), що включає охолодження після кування на повітрі до температури 250-350 °C, нагрів поковок в печі, витримку при цій температурі і їх охолодження, в якому нагрів поковок в печі ведуть до 660-700 °C, витримку проводять з тривалістю залежно від діаметра поковки і початкового вмісту водню в металі, а охолодження поковок здійснюють із швидкістю 5-20 °C/ч до 240-260 °C. Недоліком даного способу є великі затрати на проведення даної термообробки. Відомий спосіб одержання і термообробки антифрикційного сплаву (Патент України №38979, МПК С22С 38/00, опубл. 15.05.2001, Бюл. № 4, 2001 p.), який вибраний як найближчий аналог, який включає виплавку сплаву в електропечі, зливання його в ківш, заливання його в ливарну форму, охолодження сплаву до температури навколишнього середовища із наступною його термообробкою, що включає нагрівання сплаву, його витримку, охолодження з піччю, і охолодження в печі з відкритим подом до температури навколишнього середовища. В відомому способі виплавку сплаву ведуть при температурі 540-1580 °C, заливання сплаву в ливарну форму здійснюють при температурі 1460-1480 °C, а при термообробці сплаву в термопечі піднімають температуру до 900 °C, при якій сплав витримують протягом 4-х годин, охолодження сплаву з піччю здійснюють у два етапи, між якими сплав витримують протягом 5-й годин при температурі 726 °C, причому на першому етапі охолодження ведуть протягом 24-х годин до температури 726 °C, а на другому етапі охолодження ведуть протягом 5-ти годин до температури 660 °C. В даному способі висока температура термообробки може спричинити втрати зв'язку між зернами, в результаті чого зменшується пластичність та міцність сплаву (сталі), стійкість до зношування та інших міцнісних характеристик. В основу корисної моделі поставлена задача вдосконалення відомого способу термообробки сталі, в якому шляхом введення трьох циклів нагріву/охолодження стальних поковок з новими оптимальними параметрами термообробки досягається підвищення міцності та пластичності виробів за рахунок усунення крупнозернистості та різнозернистості структури сталі, що в свою чергу підвищує рівень безпечності та збільшення ресурсів виробів, виготовлених з даної сталі. Поставлена задача вирішується тим, що запропоновано спосіб термообробки сталі, що включає нагрівання стальних поковок, витримку в печі, охолодження з піччю, і охолодження на повітрі до температури навколишнього середовища, в якому, згідно з корисною моделлю, перший цикл нагрівання в печі проводять до температури 820-830 °C, при якій поковки витримують в печі протягом 540-800 хв. в залежності від діаметра поковок, а охолодження 1 UA 72390 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 здійснюють до температури 480 °C зі швидкістю 10-20 °C/год. в залежності від діаметра поковок, другий цикл нагрівання в печі проводять до температури 620 °C, при якій поковки витримують в печі протягом 480-580 хв. в залежності від діаметра поковок, а охолодження здійснюють до температури 230 °C-270 °C зі швидкістю 10-20 °C/год. в залежності від діаметра поковок, третій цикл нагрівання в печі проводять до температури 260-280 °C, при якій поковки витримують в печі протягом 540-600 хв. в залежності від діаметра поковок, а охолодження здійснюють до температури навколишнього середовища. Крім того, в другому та в третьому циклах швидкість охолодження для поковок діаметром 200320 мм становить 16-20 °C/год. Крім того, в другому та в третьому циклах швидкість охолодження для поковок діаметром 32400 мм становить 12-16 °C/год. Крім того, в другому та в третьому етапах швидкість охолодження для поковок діаметром 400 мм становить 10-12 °C/год. Дані параметри запропонованого способу термічної обробки сталі ЕП517-ВПО гарантують отримання заданих механічних характеристик при відносно мінімальних затратах на термообробку. Дані значення режимів термообробки (нагрівання, витримку в печі, охолодження в печі) для досягнення необхідних властивостей сталі, а саме марки ЕП517-ВПО, були отримані заявниками експериментально. Запропонований спосіб виключає в структурі сталі утворення крихких структурних складових і підвищує однорідність мікроструктури, що дозволяє їй забезпечувати комплекс механічних характеристик, які пред'являються до даного металу при використанні в турбінах та редукторах. Приклади використання запропонованого способу. Для здійснення способу термообробки сталі використовують будь-які промислові печі для термообробки металів, які забезпечують технологічні вимоги по рівномірності нагрівання поковок, дотримання режиму охолодження та інших параметрів. Приклад 1 В печі проводиться термообробка поковки з сталі марки ЕП517-ВПО діаметром 200320 мм. На початку термообробки поковку нагрівають в печі до температури 820 °C, витримують поковку в печі протягом 540-640 хв., охолоджують до температури 480 °C зі швидкістю 16-20 °C/год., в другому циклі нагрівають в печі до температури 620 °C, витримують поковку в печі протягом 480-520 хв., охолоджують до температури 230 °C-240 °C зі швидкістю 16-20 °C/год., в третьому циклі нагрівають в печі до температури 260-280 °C, витримують поковку в печі протягом 540-600 хв. і заключне охолодження здійснюють до температури навколишнього середовища (швидкість охолодження довільна). Приклад 2 В печі проводиться термообробка поковки з сталі марки ЕГТ517-ВПО діаметром 320400 мм. На початку термообробки поковку нагрівають в печі до температури 820 °C, витримують поковку в печі протягом 640-800 хв., охолоджують до температури 480 °C зі швидкістю 1216 °C/год., в другому циклі нагрівають в печі до температури 620 °C, витримують поковку в печі протягом 520-540 хв., охолоджують до температури 240 °C-250 °C зі швидкістю 12-16 °C/год., в третьому циклі нагрівають в печі до температури 260 °C, витримують поковку в печі протягом 560-580 хв. і заключне охолодження здійснюють до температури навколишнього середовища (швидкість охолодження довільна). Приклад 3 В печі проводиться термообробка поковки з сталі марки ЕП517-ВПО діаметром 400 мм. На початку термообробки поковку нагрівають в печі до температури 830 °C, витримують поковку в печі протягом часу більшого за 800 хв., охолоджують до температури 480 °C зі швидкістю 1012 °C/год., в другому циклі нагрівають в печі до температури 620 °C, витримують поковку в печі протягом 540-580 хв., охолоджують до температури 250 °C-270 °C зі швидкістю 10-12 °C/год., в третьому циклі нагрівають в печі до температури 280 °C, витримують поковку в печі протягом 560-580 хв. і заключне охолодження здійснюють до температури навколишнього середовища (швидкість охолодження довільна). Експериментальні дані по механічним властивостям сталь марки ЕП517-ВПО після проведення термообробки запропонованим способом наведені в Таблиці 1, а в Таблиці 2 наведено механічні властивості сталі марки ЕП517-ВПО згідно з вимогами ТУ. 2 UA 72390 U Таблиця 1 Марка сталі ЕП517-ВПО Механічні властивості Твердість по Брінеллю, НВ 2 (кг/мм ) Відносне Відносне Ударна Тимчасовий Межа опір розриву текучості подовження, звуження, в'язкість, 2 2 2 МПа/мм МПа/мм Дж/см % % 995 845 15 56 59 340 Таблиця 2 Марка сталі ЕП517-ВПО Механічні властивості Твердість по Брінеллю, НВ 2 (кг/мм ) Відносне Відносне Ударна Тимчасовий Межа опір розриву текучості подовження, звуження, в'язкість, 2 2 2 (МПа/мм ) МПа/мм (Дж/см )  (%)  (%) 980 835 14 55 58 285-341 ФОРМУЛА КОРИСНОЇ МОДЕЛІ 5 10 15 20 1. Спосіб термообробки сталі, що включає нагрівання стальних поковок, витримку в печі, охолодження з піччю, і охолодження на повітрі до температури навколишнього середовища, який відрізняється тим, що перший цикл нагрівання в печі проводять до температури 820830 °C, при якій поковки витримують в печі протягом 540-800 хв. в залежності від діаметра поковок, а охолодження здійснюють до температури 480 °C зі швидкістю 10-20 °C/год. в залежності від діаметра поковок, другий цикл нагрівання в печі проводять до температури 620 °C, при якій поковки витримують в печі протягом 480-580 хв. в залежності від діаметра поковок, а охолодження здійснюють до температури 230-270 °C зі швидкістю 10-20 °C/год. в залежності від діаметра поковок, третій цикл нагрівання в печі проводять до температури 260280 °C, при якій поковки витримують в печі протягом 540-600 хв. в залежності від діаметра поковок, а охолодження здійснюють до температури навколишнього середовища. 2. Спосіб за п. 1, який відрізняється тим, що в другому та в третьому циклах швидкість охолодження для поковок діаметром 200320 мм становить 16-20 °C/год. 3. Спосіб за п. 1, який відрізняється тим, що в другому та в третьому циклах швидкість охолодження для поковок діаметром 320400 мм становить 12-16 °C/год. 4. Спосіб за п. 1, який відрізняється тим, що в другому та в третьому етапах швидкість охолодження для поковок діаметром 400 мм становить 10-12 °C/год. Комп’ютерна верстка М. Ломалова Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 3