Спосіб комплексної термічної обробки металовиробів з легованих сталей

Реферат: Спосіб комплексної термічної обробки металовиробів з легованих сталей включає нагрівання, ізотермічну витримку та кінцеву зміцнюючу термічну обробку (нормалізація, термічне поліпшення та ін.). Кінцеву зміцнюючу термічну обробку (нормалізація, термічне поліпшення та ін.) здійснюють за умовами аустенітизації. UA 75610 U (12) UA 75610 U UA 75610 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Корисна модель належить до області металургії і може бути використана при виробництві лиття, кованок та прокату з легованих сталей. Відомі способи термічної обробки, що підвищують якість металовиробів за рахунок усунення структурної неоднорідності. Одним із способів такої термічної обробки є спосіб термічної обробки низьковуглецевих низьколегованих сталей, що містять до 2,0 % Μn [1], який включає нагрів до температур 910930 °C, ізотермічну витримку при даній температурі і охолодження зі швидкістю V10 °C/c. Ця технологія термічної обробки застосовується для листової сталі завтовшки 1530 мм. Недоліками цього способу термічної обробки є: збереження хімічної неоднорідності; низька корозійна стійкість і високий поріг холодноламкості сталей внаслідок неоднорідного розподілу хімічних елементів; неможливість використання для товстолистового прокату, через недостатньо високі швидкості охолодження; висока анізотропія механічних властивостей; необхідність застосування примусового охолодження залежно від товщини прокату. Прототипом корисної моделі запропоновано спосіб термічної обробки металопродукції з конструкційних легованих сталей [2], згідно з заявкою на корисну модель № u201102645 МПК C21D 1/21 від 09.03.2011. Корисна модель включає нагрівання, ізотермічну витримку та охолодження, що відрізняється тим, що ізотермічну витримку здійснюють в інтервалі температур від (Ас1-20)°С до Ас1 протягом часу, що визначається з розрахунку 48 хв./мм, залежно від ступеня хімічної неоднорідності. Цей спосіб термічної обробки дозволяє ліквідувати неоднорідний розподіл хімічних елементів заміщення та вуглецю по межах колишніх дендритних кристалів та усунути структурну неоднорідність (смугастість). Недоліками прототипу є: низькі значення показників міцності металопродукції з конструкційних легованих сталей. В основу корисної моделі поставлена задача розробити спосіб комплексної термічної обробки металовиробів з легованих сталей, в якому шляхом зміни режимних параметрів забезпечуються високі і стабільні значення показників міцності та спротиву ударному руйнуванню, а також відсутність хімічної неоднорідності і структурної смугастості. Поставлена задача вирішується тим, що у способі комплексної термічної обробки металовиробів з легованих сталей, який включає нагрівання, ізотермічну витримку та кінцеву зміцнюючу термічну обробку, відповідно до корисної моделі, кінцеву зміцнюючу термічну обробку (нормалізація, термічне поліпшення та ін.) здійснюють за наступних умов аустенітизації: TA=Ac3(m)+(10-20)°С, Α=0,81,2 хв./мм. Ізотермічна витримка приводить до утворення однорідно розподілених, дисперсних "острівців" аустеніту, які збагачуються легуючими елементами та вуглецем. Як наслідок, частково або повністю розчиняються частинки карбідної фази та усуваються структурна смугастість і карбідна неоднорідність. Під час наступної аустенітизації в аустеніті зберігаються однорідно розподілені ділянки з підвищеною концентрацією хімічних елементів, які, в процесі подальшого охолодження на повітрі або відпуску при термічному поліпшенні, відіграють роль зародків нової фази. Одночасно відбувається подрібнення аустенітного зерна. В результаті наступного охолодження на повітрі, формується структура, яка містить щойно утворені, на згаданих вище ділянках, дисперсні перлітні колонії та частинки карбідної фази, а також сфероїдизовані та подрібнені колонії перліту і частинки карбідів, що збереглися з попереднього початкового структурного стану. Аналогічна структура, що містить високодисперсні та однорідні розподілені частинки карбідної фази утворюють також під час відпуску при термічному поліпшенні. Таким чином, формується дрібнозерниста феритова матриця, в межах якої присутні дрібні, однорідно розподілені, сферичні ділянки продуктів розпаду переохолодженого аустеніту або частинки карбідної фази. Отримана структура має підвищені рівні міцності, завдяки дрібному зерну, а також пластичності та спротиву ударному руйнуванню, завдяки сприятливій морфології надлишкових структурних складових. Спосіб здійснюється таким чином. Використовували сталь Е36 (ГОСТ 5521-93) масового виробництва. Температури Ас1 та Ас3 сталі становлять, відповідно, 725 °C та 890 °C. При проведенні термічної обробки були використані картки розмірами 30020040 мм, які відрізали від листа відповідно до діючого стандарту (ГОСТ 7564-73). Термічну обробку карток проводили в напівпромислових умовах по режимах, які включали попередню та кінцеву термічні обробки. Попередню термічну обробку здійснювали шляхом нагрівання та ізотермічної витримки при середніх значеннях температури та тривалості, згідно з корисною моделлю № u201102645 МПК 1 UA 75610 U 5 10 C21D 1/21 від 09.03.2011, в інтервалах: від (Ас1-20)°С до Ас1, та 48 хв./мм, відповідно (режими № 2-6), а також з застосуванням параметрів, що знаходились за межами вказаних оптимальних інтервалів (режими № 1, 7). як кінцеву зміцнюючу термічну обробку застосовували нормалізацію: при температурах та витримках в межах оптимальних інтервалів: TA=Ac3(m)+(10-20)°С, Α=0,81,2 хв./мм (режими № 3-5), а також - за межами вказаних інтервалів (режими № 1, 2, 6, 7). Завершальне охолодження здійснювали на спокійному повітрі. Механічні властивості визначали за стандартними методиками, згідно з ГОСТ 1497-84, ГОСТ 9454. Отримані значення показників міцності, пластичності та роботи ударного руйнування наведені в таблиці. Бал смугастості визначали візуально відповідно до ГОСТ 564071. Розподіл головного легуючого елемента марганцю між структурними складовими, визначали мікрорентгеноспектральним аналізом, згідно з методикою, наведеною в [2]. Таблиця Параметри досліджених режимів термічної обробки, результати структурних і мікрорентгеноспектральних досліджень та механічних випробувань сталі Е36. Параметри досліджених режимів термічної обробки Тривалість Кінцева зміцнююча Температура № режиму ізотермічної термічна обробка нагрівання та термічної (нормалізація) ізотермічної витримки, в, обробки витримки, Тв, °C ТА, °C Хв./мм хв./мм 1 690 3 890 0,7 2 715 6 890 0,7 3 715 6 900 0,8 4 715 6 905 1,0 5 715 6 910 1,2 6 715 6 915 1,5 7 740 9 915 1,5 Бал смугастості 4-5 0-1 0-1 0 0-1 0-1 4-5 Продовження таблиці № режиму термічної обробки 1 2 3 4 5 6 7 Механічні властивості Коефіцієнт Робота Відносне розподілу ударного Межа течії, 02, Межа міцності, подовження, легуючого руйнування. KV МПа Β, МПа елемента, КМn , % 40 , Дж 1,98-2,21 350 480 20 32 1,06-1,10 345 475 26 96 1,04-1,09 405 575 28 94 1,00-0,90 415 590 30 110 1,02-1,08 400 580 29 99 1,03-1,09 345 470 27 98 2,16-2,25 340 490 19 30 (режими № 3-5 відповідають корисній моделі) 15 20 25 Як випливає з таблиці, ізотермічна витримка при температурах, нижчих за Т В=(Ас1-20)°С, тривалістю, коротшою за Β=48 хв./мм, з наступною нормалізацією при температурах, менших за ТА=Ас3+(10-20)°С, та витримках, коротших за А=0,81,2 хв./мм (режим № 1), не викликає зниження високого початкового ступеня хімічної та структурної неоднорідності сталі та призводить до формування низьких значень всіх показників механічних властивостей. В умовах ізотермічної витримки при оптимальних температурах в інтервалі від (Ас 1-20)°С до Ас1 протягом часу, що визначається з розрахунку 48 хв./мм, з подальшою нормалізацією при температурах, менших за Т А-Ас3+(10-20)°С, та витримках, коротших за А=0,81,2 хв./мм (режим № 2), досягається зниження високого початкового ступеня хімічної та структурної неоднорідності сталі та, як наслідок, - підвищення рівнів показників пластичності та роботи ударного руйнування. При цьому зберігаються низькі значення показників міцності сталі. 2 UA 75610 U 5 10 15 20 25 30 35 Проведення ізотермічної витримки при оптимальних температурах в інтервалі від (Ас 1-20)°С до Ас1 протягом часу, що визначається з розрахунку 48 хв./мм, а також подальшої нормалізації при оптимальних температурах Т А=Ас3+(10-20)°С, та витримках А=0,81,2 хв./мм (режими № 3, 4, 5), забезпечує досягнення низького ступеня хімічної та структурної неоднорідності сталі в поєднанні з високими значеннями всіх показників механічних властивостей. В умовах ізотермічної витримки при оптимальних температурах в інтервалі від (Ас 1-20)°С до Ас1, протягом часу, що визначається з розрахунку 48 хв./мм, з подальшою нормалізацією при температурах, вищих за ТА=Ас3 + (10-20)°С, та витримках, довших за А=0,81,2 хв./мм (режим № 6), забезпечується зниження високого початкового ступеня хімічної та структурної неоднорідності сталі та, як наслідок, - підвищення рівнів показників пластичності та роботи ударного руйнування. При цьому однак сталь має низькі значення показників міцності. Проведення ізотермічної витримки при температурах, вищих за Т В=(Ас1-20)°С тривалістю, довшою за Β=48 хв./мм, з наступною нормалізацією при температурах, вищих за Т А = Ас3 + + (10-20)°С, та витримках, довших за А=0,81,2 хв./мм (режим № 7), призводить до збереження високого початкового ступеня хімічної і структурної неоднорідності сталі та призводить до формування низьких значень всіх показників механічних властивостей. Висновки: як випливає з даних, наведених в таблиці, найбільш сприятливим є спосіб комплексної термічної обробки, що включає до себе нагрівання, ізотермічну витримку в інтервалі температур від (Ас1-20)°С до Ас1 протягом часу, що визначається із розрахунку 48 хв./мм, та кінцеву зміцнюючу термічну обробку (нормалізація) при наступних умовах ° аустенітизації: ТА=Ас3+(10-20) С, А=0,81,2 хв./мм (режими № 3-5). Використання запропонованого способу дозволяє: ліквідувати неоднорідний розподіл хімічних елементів заміщення та вуглецю по межах колишніх дендритних кристалів; отримати однорідний розподіл структурних складових; сформувати високодисперсну кінцеву мікроструктуру завдяки дрібному зерну матричної фази та дисперсним ділянкам додаткових структурних складових (продуктів перетворення переохолодженого аустеніту, частинок карбідів). За рахунок цього досягаються: високі, стабільні та ізотропні значення всіх показників механічних властивостей; низькі критичні температури крихкості; підвищення спротиву різним типам окрихчування легованих сталей та висока корозійна стійкість. Перелік посилань 1. Металловедение и термическая обработка металла № 4, 2000 г. /Особенности формирования структуры листовой низколегированной стали при термической обработке в промышленных условиях /Т.И.Титова, С.И.Ривкин, С.Ю.Баландин, И.Ф.Семернина. 2. Корисна модель "Спосіб термічної обробки металопродукції з конструкційних легованих сталей" згідно з заявою на корисну модель № u201102645 МПК C21D 1/21 від 09.03.2011. ФОРМУЛА КОРИСНОЇ МОДЕЛІ 40 Спосіб комплексної термічної обробки металовиробів з легованих сталей, що включає нагрівання, ізотермічну витримку та кінцеву зміцнюючу термічну обробку (нормалізація, термічне поліпшення та ін.), який відрізняється тим, що кінцеву зміцнюючу термічну обробку (нормалізація, термічне поліпшення та ін.) здійснюють за наступних умов аустенітизації: ТА=Ас3(m)+(10-20) °С, Α=0,81,2 хв./мм. 45 Комп’ютерна верстка А. Крижанівський 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