RU1781310C - Способ термической обработки заготовок из доэвтектоидных легированных карбидообразующими элементами сталей - Google Patents

Abstract

Сущность изобретени : после нагрева до температур аустенизации заготовки охлаждают в водном растворе полимера акри- латного типа с температурой 65...98°С и в зкостью ..60 сСт до температуры, наход щейс  в интервале между границей выделени  карбидной фазы и температурой начала смачивани  полимером поверхности заготовки. Окончательное охлаждение провод т на воздухе, после чего издели  отпускают . 1 з. п. ф-лы, 2 табл.

Description

Изобретение относитс  к металлургии, а именно к способам термической обработки заготовок из конструкционных доэвтектоид- ных сталей, легированных карбидообразую- щими элементами, и может быть использован дл  улучшени  обрабатываемости резанием и Снижени  короблени  изделий после окончательной термообработки.

Известен способ термической обработки заготовок, включающий нагрев под штамповку (аустенитизацию) до 1200- 1300°С дл  полного растворени  карбидов и нитридов, ускоренное охлаждение (души- рование водой) до 750-800°С дл  углеродистых сталей и 600-700°С дл  легированных сталей, кратковременную выдержку при этой температуре, замедленное охлаждение до 400°С и охлаждение на воздухе.

Недостатком указанного способа  вл етс  неравномерна  скорость охлаждени  по сечению заготовок, св занна  с более быстрым отводом тепла от периферийных

зон заготовок в процессе душировани  водой , по сравнению с сердцевиной. Это приводит к высокому градиенту температур, который будет тем выше, чем больше сечение заготовки и, как следствие, к значительной неоднородности структуры по сечению. На стадии кратковременной выдержки за счет тепла, аккумулированного заготовкой, происходит разогрев поверхности, а скорость отвода тепла от сердцевины замедл етс . В результате, условие ускоренного охлаждени , необходимое дл  подавлени  выделени  карбидов дл  крупных заготовок не соблюдаетс . Это приводит к выделению растворенных при высокотемпературной аустенитизации карбидов неравномерно по сечению, способству  формированию карбидной неоднородности. Это отрицательно сказываетс  на обрабатываемости заготовок резанием и способствует короблению изделий после окончательной термообработки .

vj 00

CJ О

Кроме того, замедленное охлаждение и выдержка р да легированных сталей при температурах 600-700°С способствует формированию структурной полосчатости, что отрицательно вли ет на обрабатываемость и, как люба  неоднородность или анизотропи  свойств, приводит к короблению деталей .

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому  вл етс  способ термической обработки заготовок, включающий нагрев до температуры аустенитиза- ции, гор чую пластическую деформацию, при необходимости, повторный нагрев до температуры аустенитизации, ускоренное охлаждение, охлаждение на воздухе и отпуск .

Однако использование в известном способе в качестве охлаждающей среды по- тбКа воздуха имеет р д существенных недостатков . Прежде всего, реализаци  ускоренного охлаждени  становитс  не- возм ожной на относительно рупНых заготовках и больших садках в св зи с малыми технологическими возможност ми варьировани  скоростей охлаждени  и обеспечени  равномерного отвода тепла как от поверхности каждой заготовки) так и от всей садки: увеличение скорости охлаждение сердцевины за счет повышени  скорости подачи воздуха приводит к подкалке периферийных зон заготовки и в результате, к ухудшению обрабатываемости и к увеличению короблени  изделий после окончательной термообработки; неравномерность охлаждени  по длине заготовки в зависимости от ее расположени  по отношению к направлению потока воздуха приводит к неоднородности структуры и отрицательно сказываетс  на обрабатываемости заготовок и приводит к короблению деталей; неравномерность охлаждени  по объему садки (от заготовок, расположенных внизу садки или более удаленных от источника воздуха, теплоотвод существенно затруднен) приводит также к ухудшению обрабатываемости и значительно увеличивает общее поле рассе ни  размеров в пределах партии готовых деталей.

Отрицательное вли ние неоднородности структуры и анизотропии свойств особенно про вл етс  при сверлении и фрезеровании заготовок инструментом из быстрорежущей стали,  вл ющимс  структурно-чувствительным инструментом.

В свою очередь, структурные изменени  в поверхностных сло х, вызванные механической обработкой, при различной исходной структуре нос т разный характер, вызыва  различную степень наклепа. Это приводит к затруднени м при обеспечении

требуемой геометрии изделий. Таким образом , нестабильность структуры заготовок благодар  эффекту технологической наследственности между операци ми предварительной термообработки, мехобработки и окончательной термообработки обусловливает повышенные деформации и увеличивает величину рассе ни  размеров.

Целью изобретени   вл етс  улучшение обрабатываемости и уменьшение короблени  изделий после окончательной термообработки за счет повышени  однородности структуры и предотвращени  выделени  карбидной фазы.

Поставленна  цель достигаетс  тем, что в способе термической обработки заготовок из доэвтектоидных легированных карбидо- образующими элементами сталей, преимущественно крупных или в больших садках,

включающем нагрев до температур аустени- тизации, регулируемое охлаждение до заданной температуры, окончательное охлаждение на воздухе и отпуск, согласно изобретению регулируемое охлаждение

осуществл ют в водном растворе полимера акрилатного типа с температурой 65-98°С и в зкостью V6o 10...60 сСт до температуры, наход щейс  в интервале между нижней границей выделени  карбидной фазы итемпературой начала смачивани  полимером поверхности заготовки.

При необходимости после нагрева до температуры аустенитизации провод т пластическую деформацию.

В качестве полимера акрилатного типа могут быть использованы, например, поли- акрилонитрильный сополимер или полиак- риламид.

Проведение в соответствии с предлагаемым способом ускоренного охлаждени  в высоков зком водном растворе полимера акрилатного типа в услови х режима пленочного кипений, в частности, в водном растворе полиакрилонитрильного сополимера

или полиакриламида в зкостью ...6Q сСт при температуре 65-98°С, позвол ет стабилизировать качество каждой заготовки и заготовок/ в пределах партии за счет повышени  однородности феррито-перлитной структуры по сечению и длине заготовок в результате равного отвода тепла от поверхности каждой заготовки и заготовок всей партии в целом, снижени  градиента температур между поверхностью и сердцевиной,

исключени  возможности подкалки, т.е. получени  троостомартенситной структуры в периферийных зонах заготовок. Это достигаетс  созданием вокруг охлаждаемой заготовки режима устойчивого пленочного

кипени  (парожидкостной пленки), при котором интенсивность теплоотдачи значительно меньше по сравнению с режимом пузырькового кипени  и в процессе охлаждени  практически не мен етс , что стабилизирует процесс отвода тепла от поверхности и нар ду с отсутствием кризиса кипени  обеспечивает достижение скоростей охлаждени  поверхности и сердцевины, при которых полностью исключаетс  подкалка поверхности (то есть ниже критической скорости закалки}, достигаетс  минимальный градиент температур и обеспечиваетс  получение однородной феррито-перлитной структуры заготовок. В то же врем  скорость охлаждени  в предлагаемых средах выше, чем на воздухе, и достаточна дл  предотвращени  выделени  карбидной фазы, что способствует улучшению обрабатываемости и снижению короблени  готовых изделий благодар  эффекту технологической наследственности.

Охлаждение в высоков зком растворе полимера акрилатного типа до температуры , не превышающей нижней границы выделени  карбидной фазы, позвол ет предотвратить выделение карбидов, так как при дальнейшем охлаждении на воздухе сделать это невозможно из-за низкой скорости отвода тепла.

Охлаждение в полимерной среде до температуры, превышающей начало смачивани  полимером поверхности заготовок , исключает налипание полимера на ее поверхность, что способствует уменьшению уноса полимера, стабилизации состава охлаждающей среды и получении чистой поверхности заготовки, не требующей последующей промывки.

Получение устойчивого режима пленочного кипени  при охлаждении заготовок достигаетс  использованием высоков зкого водного раствора полимера акрилаттшго типа , например, полиакрилонитрильного сополимера или полиакриламида в зкостью ...60 сСт при температуре 65-98°Q. .

Целесообразность предлагаемых пределов изменени  технологических параметров по сн етс  следующим. Охлаждение в услови х, отличных от режима пленочного кипени , не обеспечивает получени  заданных скоростей охлаждени  и, соответственно , требуемой структуры заготовок. Так в услови х пузырькового кипени  в св зи с интенсивным теплоотбором скорость охлаждени  достигает критической и происходит закалка периферийных зон заготовки, а на заготовках малого сечени  - сквозна  закалка. Это делает невозможным проведение последующей механической обработки.

Охлаждение в высоков зком водном растворе полимера акрилатного типа до температуры выше нижней границы выделени  карбидной фазы, приводит к выделе- 5 кию карбидов при дальнейшем охлаждении на воздухе и, соответственно, к ухудшению обрабатываемости и повышению деформации изделий после окончательной термообработки .

0 Охлаждение в высоков зком водном растворе полимера акрилатного типа до температуры ниже начала смачивани  полимером поверхности заготовки приводит к налипанию полимера на поверхность заго5 товки, что требует последующей промывки и увеличивает унос полимера из раствора, то есть экономически нецелесообразно и нетехнологично.

Охлаждение в водном растворе полиме0 ра акрилатного типа при недостаточной его в зкости, например, полиакрилонитрильного сополимера или полиакриламида в зкостью меньше 10 сСт, приводит за счет перехода в режим пузырькового кипени  и

5 увеличени  теплоотвода к закалке периферийных зон заготовки или всей заготовки, что делает невозможн ыТ проведение операции механической обработки.

Охлаждение в водном растворе полиме0 ра акрилатного типа при более высокой в зкости , например, полиакрилонитрильного сополимера или полиакриламида в зкостью более 60 сСт обеспечивает получение заданных скоростей охлаждени  и заданной

5 структуры, но экономически нецелесообразно .

Охлаждение в водном растворе полиакрилонитрильного сополимера или полиакриламида при температуре менее 65°С

0 приводит к переходу в режим пузырькового кипени , увеличению скорости охлаждени  и, как следствие, к подкалке периферийных зон заготовки, что отрицательно сказываетс  на обрабатываемости и приводит к повы5 шенному короблению деталей.

Охлаждение в водном растворе полиакрилонитрильного сополимера или полиакриламида при температуре более 98°С приводит к вскипанию охлаждающей среды

0 и выбросу ее из бака, что делает невозможным ведение процесса охлаждени .

Способ осуществл ют следующим образом .

Заготовки дл  деталей типа вал-шестер5 ни из стали 18ХГН2МФБ диаметром 100 мм длиной 480 мм нагревали в 2х камерной щелевой газовой печи до 1200°С, а затем штамповали.

П р и м е р 1. После завершени  гор чей пластической деформации заготовок их охлаждали в баке с водным раствором полиак- рилонитрильного сополимера (УЗСП-1) до температур 400°С, 480°С, 540°С, 600°С, 650°С, выгружали на воздух, а после охлаждени  до комнатной температуры проводили средний отпуск при 500°С в течение 2-х часов.

П р и м е р 2, 2а. После завершени  гор чей пластической деформации заготовки охлаждали на воздухе в контейнере до комнаткой температуры. Затем заготовки повторно нагревали в камерной печи типа СНО до температуры аустенитйзации и охлаждали в баке с водным раствором полиак- рилонитрильного сополимера или полиакриламида до температур 400°С, 480°С, 540°С, 600°С, 650°С, выгружали на воздух, а после охлаждени  до комнатной температуры проводили средний отпуск при 500°С в течение 2-х часов.

Режимы термической обработки и технологические параметры среды приведены в табл. 1.

Дл  сопоставлени  проводили термическую обработку по известному способу (примеры 3 и 4), режимы и параметры которого приведены в табл. 1.

Микроструктуру определ ли тта микроскопе ММР-2Р по микрошлифам после травлени  в 4% спиртовом растворе азотной кислоты. Микротвердость испытывали на приборе ПМТ-3 при нагрузке 50 г. Полосчатость оценивали в соответствии с ГОСТ 5640-68. Твердость оценивали на твердомерах типа ТР и ТБ. В зкость водного раствора полимера акрилатного типа оценивали при температуре 60°С вискозиметром 8ПЖ-4. Наличие в структуре после охлаждени  заготовок карбидной фазы оценивали методом микрозондировани  с помощью растрового микроскопа.

Обрабатываемость резанием оценивали по величине износа инструмента на операци х сверлени  и фрезеровани . Сверление осуществл ли на вертикально- сверлильном станке 2Н135 с охлаждением сульфофрезолом; материал сверла - Р6М5, сверло диаметром 25 мм, подача - 0,35 мм/об, скорость резани  - 15 м/мин. Оценку обрабатываемости проводили по времени обработки до достижени  износа сверла - 0,3 мм. В св зи со сложностью оценки обрабатываемости непосредственно при фрезеровании, оценку обрабатываемости проводили при точении на токарно-винто- резном станке 1М63 с бесступенчатым регулированием скорости резани  на режимах, близким к режиму фрезеровани : глубина резани  - 1 мм, подача - 0,13 мм/об, скоро- сгь резани  - 20 м/мин, материал резца Р6М5 . Оценку обрабатываемости проводили по времени обработки до достижени  износа резца 0,15 мм.

Оценку деформации проводили на шайбах с наружным диаметром 80 мм, внутренним диаметром 40 мм, толщиной 5 мм, изготовленных из обработанных по предлагаемому и известному способам заготовок. Величина деформации определ лась по

0 разности размера внутреннего диаметра до нитроцементации и после нитроцемента- ции. Нитроцементацию проводили в услови х термического цеха ПО ВгТЗ на безмуфельном агрегате на толщину сло 

5 0,8...1,0 мм.

Данные металлографического анализа, испытани  твердости оценки обрабатываемости и величины деформации приведены в табл.2.

0 Как видно из табл. 2, опыты 1-3 примеров 1, 2, 2а обеспечивают улучшение обрабатываемости резанием по сравнению с известным способом: при сверлении - в 1,5 раза, при фрезеровании - в 2 раза. Дефор5 маци  уменьшаетс  на 30%. При этом наблюдаетс  повышение однородности микроструктуры по сечению заготовок и уменьшение разброса значений микротвердости в 3 раза, а также уменьшаетс  в 3 раза

0 разброс твердости заготовок в пределах всей партии.

При нагреве до температуры гор чей пластической деформации наблюдаетс  полное растворение всех карбидов, в ре5 зультате, после охлаждени  по предлагаемому способу в структуре не обнаружены труднорастворимые карбиды Мо, V, Mb, При нагреве до температур аустенитйзации 930-950°С карбиды Nb не раствор ютс ,

0 поэтому наличие в структуре этих карбидов не св зано с процессом охлаждени .

Предлагаемый способ термической обработки заготовок по сравнению с прототипом имеет следующие технические

5 преимущества: улучшение обрабатываемости в 1,5...2 раза; снижение короблени  изделий после окончательной термообработки на 30%; обеспечение стабильного качества заготовок в пределах партии;

0 расширение технологических возможностей применени  полимерных закалочных сред.

Claims (2)

1. Способ термической обработки заго5 товок из доэвтектоидных легированных кар- бидообразующими элементами сталей, преимущественно крупных или в больших садках, включающий нагрев до температур аустенитйзации, регулируемое охлаждение до заданной температуры, окончательное охлаждение на воздухе и отпуск, отличающийс  тем, что, с целью улучшени  обрабатываемости резанием и снижени  короблени , регулируемое охлаждение осуществл ют в водном растворе полимера акрилатного типа с температурой и в зкостью ...60 сСт до температуры, наход щейс  в интервале между нижней границей выделени  карбидной фазы и температурой начала смачивани  полимером поверхности заготовки.

2. Способ по п. 1,отличающийс  тем, что после нагрева до температуры аус- тенитизации провод т пластическую деформацию .

Таблица 1

9 10

Поток воздуха То же

630

Известный способ

600 То е