Спосіб термічної обробки металопродукції з легованих сталей, які нормалізуються

Реферат: Спосіб термічної обробки металопродукції з легованих сталей, які нормалізуються включає нагрівання, ізотермічну витримку та кінцеву зміцнюючу термічну обробку (нормалізація). Ізотермічну витримку здійснюють за наступних умов: Т в=½(Ас1+Ас3)±5 °C, в=6÷9 хв/мм. UA 83059 U (12) UA 83059 U UA 83059 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 Корисна модель належить до області металургії і може бути використана при виробництві лиття, кованок та прокату з легованих конструкційних та пружинних сталей із концентрацією вуглецю в інтервалі 0,16 %÷0,70 %. Відомі способи термічної обробки, що підвищують якість металовиробів за рахунок подрібнення та сфероїдизації складових мікроструктури. Одним зі способів такої термічної обробки стосовно доевтектоїдних легованих сталей [1] є гартування з міжкритичного інтервалу температур (Ас1÷Ас3). Цей спосіб забезпечує подрібнення зерна, утворення ділянок мартенситу та залишкового аустеніту, що призводить переважно до підвищення пластичності та роботи ударного руйнування. Недоліками цього способу термічної обробки є невисока межа течії стосовно низьковуглецевих сталей та недоцільність його застосування до сталей з підвищеним вмістом вуглецю, завдяки зростанню об'ємної частки мартенситу та залишкового аустеніту, що призводить до скрихчиння сталей. Найближчим аналогом є ("Спосіб комплексної термічної обробки металовиробів з легованих сталей" Патент № 75610) [2]. Спосіб включає до себе нагрівання, ізотермічну витримку та кінцеву зміцнюючу термічну обробку (нормалізація, термічне поліпшення та ін.), згідно з корисною моделлю кінцеву зміцнюючу термічну обробку (нормалізація, термічне поліпшення та ін.) здійснюють за наступних умов аустенітизації: Т А=Ас3(m)+(10…20)°С, σА=0,8÷1,2 хв/мм. Цей спосіб термічної обробки дозволяє ліквідувати неоднорідний розподіл хімічних елементів заміщення та вуглецю по межах колишніх дендритних кристалів та усунути структурну неоднорідність (смугастість). Недоліками аналога є: підвищені розміри та несферична морфологія колоній перлітоподібних структур, що призводить до зниження роботи ударного руйнування металопродукції з легованих сталей з вмістом вуглецю більше за 0,16 %. В основу корисної моделі поставлено задачу розробити спосіб термічної обробки металопродукції з легованих конструкційних та пружинних сталей із концентрацією вуглецю в інтервалі 0,16 %÷0,70 %, в якому шляхом зміни режимних параметрів забезпечуються підвищення спротиву ударному руйнуванню у крихкому та в'язкому станах при збереженні підвищеної міцності та пластичності. Для вирішення поставленої задачі, в способі термічної обробки металопродукції з легованих сталей, які нормалізуються, що включає нагрівання, ізотермічну витримку та кінцеву зміцнюючу термічну обробку (нормалізація), згідно з корисною моделлю, ізотермічну витримку здійснюють у наступних умовах: Тв=½(Ас1+Ас3)±5 °C, σв=6÷9 хв/мм. Під час ізотермічної витримки відбувається зародження і подальше зростання кристалів аустеніту в межах колоній перлітоподібних структур, які є термодинамічно нестабільними за вказаних температур. Зародження кристалів у фази на міжфазових поверхнях розділу ферит/цементит призводить до виникнення в кінцевому підсумку декількох зерен аустеніту в об'ємі кожної колишньої колонії. При цьому ділянки щойно утвореного аустеніту, в залежності від тривалості витримки, набуватимуть сферичної форми у зв'язку з прагненням включень надлишкової фази до сфероїдизації. Під час ізотермічної витримки відбувається також зменшення концентрацій феритостабілізуючих елементів (Si, Cr, Al та ін.) в аустенітових ділянках. Як наслідок, при аустенітизації в процесі кінцевої зміцнюючої термічної обробки (нормалізація) будуть існувати ділянки аустеніту з формою, наближеною до сферичної та зі зменшеним вмістом феритостабілізуючих елементів, що викликає зниження стабільності такого переохолодженого аустеніту до розпаду. Під час подальшого охолодження в процесі нормалізації, на місцях вказаних аустенітових ділянок, що утворилися в межах кожної колишньої колонії перлітободібних структур, будуть виникати додаткові об'єми надлишкового фериту. В результаті досягаються зменшення розмірів та сфероїдизація колоній перлітоподібних структур, що утворюються при нормалізації сталей. Таким чином, формується дрібнозерниста ферито-перлитова мікроструктура, в якій колонії перлітободібних структур додатково подрібненні та сфероїдизовані завдяки присутності в їх межах сферичних ділянок надлишкового фериту. Отримана структура зберігає підвищені рівні міцності та пластичності, завдяки дрібному зерну, а також має високий спротив ударному руйнуванню у крихкому та в'язкому станах, завдяки малим розмірам та сприятливій морфології колоній перлітоподібних структур. 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 1 UA 83059 U 5 10 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 оптимальних температурах Тв=(810±5) °С, протягом оптимального часу: від 240 до 360 хвилин (режими № 3-5), а також - за межами вказаних інтервалів (режими № 1, 2, 6, 7). Як кінцеву зміцнюючу термічну обробку застосовували нормалізацію при середніх значеннях температури та тривалості, згідно з патентом України на корисну модель № 75610 [2] в інтервалах Ас3+(10…20) °С, та 0,8÷1,2 хв/мм, відповідно, (режими № 2 - № 6), а також - за межами вказаних інтервалів (режими № 1, 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. Таблиця Параметри досліджених режимів термічної обробки та результати механічних випробувань сталі Е36 Параметри досліджених режимів термічної Механічні властивості обробки Кінцева ТемпеТривазміцнююча № ратура Робота лість Межа Відносне Робота термічна режиму нагрівання Межа ударного ізотертечії, подовударного обробка терміч- та ізотерміцності, руйнумічної ς02, ження, руйнування. (нормалізація) ної мічної ςв, МПа вання. +20 витримки. МПа δ, % KV , Дж -40 обробки витримки. KV , Дж σA, σв, хв. ТА, °C Тв, °C хв/мм 1 780 180 890 0,7 350 480 20 30 43 2 780 180 905 1,0 412 580 29 43 39 3 805 240 905 1,0 410 575 28 179 118 4 810 300 905 1,0 414 590 30 198 120 5 815 360 905 1,0 405 580 29 160 115 6 850 420 905 1,0 409 585 28 40 22 7 850 420 915 1,5 340 490 19 45 31 (режими № 3-5 відповідають корисній моделі) 15 20 25 30 35 Як випливає з таблиці, ізотермічна витримка при температурах нижчих за Тв=½(Ас1+Ас3)5 °C, тривалістю коротшою за σв=6÷9 хв/мм, з наступною нормалізацією при температурах менших за ТА=Ас3+(10…20)°С, та витримках коротших за σA=0,8÷1,2 хв/мм (режим № 1), призводить до формування низьких значень всіх показників механічних властивостей. В умовах ізотермічної витримки при температурах нижчих за Т в=½(Ас1+Ас3)±5 °C, тривалістю коротшою за σв=6÷9 хв/мм, але з подальшою нормалізацією при оптимальних температурах TA=Ac3+(10…20) °C, та витримках σА=0,8÷4,2 хв/мм (режим № 2), досягається підвищення рівнів показників міцності та пластичності. При цьому, зберігаються низькі значення показників роботи ударного руйнування у крихкому та в'язкому станах. Проведення ізотермічної витримки при оптимальних температурах Т в=½(Ас1+Ас3)±5 °C, протягом часу, що визначається з розрахунку 6÷9 хв/мм, а також подальшої нормалізації при оптимальних температурах ТА=Ас3+(10…20) °С, та витримках σА=0,8÷1,2 хв/мм (режим № 3, 4, 5), забезпечує досягнення високих значень всіх показників механічних властивостей. В умовах ізотермічної витримки при температурах вищих за Т в=½(Ас1+Ас3)±5 °C, та витримках довших за 6÷9 хв/мм, з подальшою нормалізацією при оптимальних температурах за ТА=Ас3+(10…20) °С, протягом часу, що визначається з розрахунку σА=0,8÷1,2 хв/мм (режим № 6), зберігаються підвищенні рівні показників міцності та пластичності. При цьому, однак сталь має низькі значення показників роботи ударного руйнування. Проведення ізотермічної витримки при температурах вищих за Т в=½(Ас1+Ас3)±5 °C тривалістю довшою за σв=6÷9 хв/мм, з наступною нормалізацією при температурах вищих за 2 UA 83059 U 5 10 15 ТА=Ас3+(10…20) °С, та витримках довших за σА=0,8÷1,2 хв/мм (режим № 7), призводить до формування низьких значень всіх показників механічних властивостей. Висновки: як випливає з даних наведених в таблиці, найбільш сприятливим є спосіб термічної обробки, що включає до себе нагрівання, ізотермічну витримку при температурах Тв=½(Ас1+Ас3)±5 °C протягом часу, що визначається із розрахунку 6÷9 хв/мм та кінцеву зміцнюючу термічну обробку (нормалізація) при наступних умовах аустенітизації: ТА=Ас3+(10…20) °С, σА=0,8÷1,2 хв/мм (режими № 3-5). Використання запропонованого способу дозволяє сформувати дрібнозернисту феритоперлитову мікроструктуру з малими розмірами та сприятливою морфологією колоній перлитоподібних структур завдяки присутності в їх межах сферичних ділянок надлишкового фериту. За рахунок цього досягаються збереження високих рівнів міцності та пластичності, а також підвищення спротиву ударному руйнуванню у крихкому та в'язкому станах. Перелік посилань: 1. Голованенко С.Н. Двухфазные низколегированные стали / С.А. Голованенко, Н.М. Фонштейн. - М.: Металлургия, 1986.-207 с. 2. Патент України на корисну модель № 75610 згідно з заявкою № u201205550 МПК C21D 1/21 від 07.05.2012 р. "Спосіб комплексної термічної обробки металовиробів з легованих сталей". 20 ФОРМУЛА КОРИСНОЇ МОДЕЛІ 25 Спосіб термічної обробки металопродукції з легованих сталей, які нормалізуються, що включає нагрівання, ізотермічну витримку та кінцеву зміцнюючу термічну обробку (нормалізація), який відрізняється тим, що ізотермічну витримку здійснюють за наступних умов: Тв=½(Ас1+Ас3)±5 °C, в=6÷9 хв/мм. Комп’ютерна верстка Л. Литвиненко 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