RU1782243C

RU1782243C - Method of heat treatment of articles

Info

Publication number: RU1782243C
Application number: SU904886915A
Authority: RU
Inventors: Александр Петрович Чейлях; Леонид Соломонович Малинов
Original assignee: Мариупольский металлургический институт
Priority date: 1990-12-04
Filing date: 1990-12-04
Publication date: 1992-12-15

Abstract

Использование: изобретение относитс к металлургии, в частности к способам скоростной закалки нержавеющих сталей с 13% хрома. Сущность: сталь 20X13 подвергают скоростному нагреву, охлаждению и низкотемпературному отпуску, при этом скоростной нагрев ведут до температуры Асз+(370-450)0С, а перед ним провод т улучшение В результате термообработки по предложенному способу существенно повышаютс комплекс механических и эксплуатационных свойств нержавеющих сталей, долговечность деталей, эконом тс легированные стали. 1 з п. ф-лы, 1 табл.Usage: the invention relates to metallurgy, in particular to methods for the rapid hardening of stainless steels with 13% chromium. Essence: steel 20X13 is subjected to high-speed heating, cooling and low-temperature tempering, while high-speed heating is carried out to a temperature of Ac3 + (370-450) 0C, and an improvement is carried out before it. As a result of heat treatment by the proposed method, the complex of mechanical and operational properties of stainless steels is significantly increased , durability of parts, economy alloy steel. 1 s. F-crystals, 1 tab.

Description

Изобретение относитс к металлургии, в частности к способам скоростной закалки нержавеющих сталейThe invention relates to metallurgy, in particular to methods of high-speed hardening of stainless steels

Известны способы термообработки сталей с нагревом под закалку токами высокой частоты (ТВЧ) В известных способах скоростной индукционный нагрев осуществл ют со скорост ми 150-5001С/с обычно на 100- 150°С выше оптимальных температур при обычном печном нагреве В результате такой обработки увеличиваютс ударна в зкость , твердость и усталостна прочность конструкционных сталей. Вместе с тем, известные способы скоростной закалки ТВЧ как правило не обеспеччвают сквозной прогрев деталей и не позвол ют при используемых параметрах Haipeea одновременно повышать прочностные, пластические свойства , ударную в зкость и износостойкость сталейKnown methods for heat treatment of steels with quenching by high-frequency currents (HFC) In the known methods, high-speed induction heating is carried out at speeds of 150-5001C / s, usually 100-150 ° C higher than the optimum temperatures during conventional furnace heating. As a result of this treatment, the impact viscosity, hardness and fatigue strength of structural steels. At the same time, the known methods of high-speed hardening of high-frequency alloys as a rule do not provide for through heating of parts and do not allow using the Haipeea parameters to simultaneously increase the strength, plastic properties, impact strength and wear resistance of steels

Известен способ термической обработки стальных детапей высокой точности, заключающийс в проведении предварительной термообработки на троостит или сорбит и последующего лазерного облучени рабочих поверхностей деталей. Недостатками известного способа вл ютс мала глубина упрочненной зоны (0,75 мм) и невозможность повышени комплекса механических свойств.A known method of heat treatment of steel parts of high accuracy is to carry out preliminary heat treatment for troostite or sorbitol and subsequent laser irradiation of the working surfaces of the parts. The disadvantages of this method are the shallow depth of the hardened zone (0.75 mm) and the inability to increase the complex of mechanical properties.

Наиболее близким техническим решением , выбранным в к ачестве прототипа вл етс способ лазерной закалки заключающийс в проведении предварительной термообработки (закалки и отпуске 300-600°С) и лазерной закалки поверхностного сло детали. Недостатками известного способа вл ютс невозможность повышени комплекса механических свойств (прочности , пластичности, в зкости, износостойкости) в объеме детали и мала глубина упрочненной зоны (не более 1,05 мм)The closest technical solution, chosen as a prototype, is a laser hardening method consisting in preliminary heat treatment (hardening and tempering 300-600 ° C) and laser hardening of the surface layer of the part. The disadvantages of this method are the impossibility of increasing the complex of mechanical properties (strength, ductility, viscosity, wear resistance) in the volume of the part and the shallow depth of the hardened zone (not more than 1.05 mm)

VIVI

0000

ю ю yu

Сл)C)

соwith

Целью предложенного способа вл етс повышение механических свойств изделий .The aim of the proposed method is to increase the mechanical properties of products.

Указанна цель достигаетс тем, что в предложенном способе термической обработки изделий преимущественно из нержавеющих сталей, включающем улучшение, скоростной нагрев и охлаждение, скоростной нагрев ведут до Асз+(370-450)°С, а затем провод т низкотемпературный отпуск. При этом осуществл ют объемный скоростной нагрев детали.This goal is achieved in that in the proposed method of heat treatment of products mainly from stainless steels, including improvement, high-speed heating and cooling, high-speed heating is carried out to Ac3 + (370-450) ° C, and then low-temperature tempering is carried out. In this case, volumetric rapid heating of the part is carried out.

При последующем скоростном нагреве ТВЧ обеспечиваетс объемный (сквозной) прогрев испытываемых образцов. Более высока температура скоростного нагрева Асз+(370-450°С), чем в известных способах, но отсутствие выдержки, с одной стороны, исключает полное растворение карбидов и гомогенизацию аустенита. (хот все известные способы закалки предусматривают выравнивание химсостава аустенита) с другой стороны, обеспечиваютс достаточное растворение в аустените углерода и хрома и необходимое упрочнение мартенсита. В результате при закалке по предложенному способу сохран етс мелкозерниста структура , образуетс гетерогенна дисперсна смесь мартенсита, карбидов и повышенное количество (18-20%) метастабильного остаточного аустенита, равномерно распределенного в структуре, Присутствие последнего нар ду с другими структурными факторами и обусловливает одновременное повышение комплекса механических свойств, т.к. при деформации в процессе испытаний или при эксплуатации он претерпевает превращение в мартенсит. Это сопровождаетс дополнительным самоупрочнением и, одновременно, релаксацией микронапр жений, что и вызывает ЭДШв ремённое повышение прочностных, пластических свойств, ударной в зкости и износостойкости сталей.Subsequent high-speed heating of the HDTV provides volumetric (through) heating of the test samples. The temperature of high-speed heating Ac3 + (370-450 ° C) is higher than in the known methods, but the absence of aging, on the one hand, excludes the complete dissolution of carbides and homogenization of austenite. (although all known quenching methods involve leveling the chemical composition of austenite), on the other hand, carbon and chromium are sufficiently dissolved in austenite and martensite hardening is necessary. As a result, when quenching according to the proposed method, a fine-grained structure is preserved, a heterogeneous dispersed mixture of martensite, carbides and an increased amount (18-20%) of metastable residual austenite uniformly distributed in the structure are formed. The presence of the latter along with other structural factors leads to a simultaneous increase in the complex mechanical properties, as during deformation during testing or during operation, it undergoes transformation into martensite. This is accompanied by additional self-hardening and, at the same time, relaxation of microstresses, which causes an EDFW belt increase in strength, plastic properties, impact toughness and wear resistance of steels.

Скоростной объемный нагрев в предложенном способе осуществл ют индукционным методом токами -высокой частоты в одинаковых услови х со скорост ми в интервале 200-50°С/с, т.к. начальна скорость по мере нагрева резко уменьшаетс при переходе стали из ферромагнитного в парамагнитное состо ние при температуре 768°С. High-speed volumetric heating in the proposed method is carried out by the induction method with currents of high frequency under identical conditions with speeds in the range of 200-50 ° C / s, because the initial velocity decreases sharply with heating during the transition of steel from a ferromagnetic to a paramagnetic state at a temperature of 768 ° C.

Нагрев сталей до температур меньших Асз+370°С с указанными скорост ми не обеспечивает достаточное насыщение аустенита углеродом и хромом, вследствие чего образуетс низкоуглеродистый мартенсит пониженной твердости и недостаточное количество (или отсутствие) метастабильногоHeating of steels to temperatures lower than Ac3 + 370 ° С with the indicated speeds does not provide sufficient saturation of austenite with carbon and chromium, as a result of which low-carbon martensite of reduced hardness and insufficient (or absence) of metastable

остаточного аустенита. В результате не обеспечиваетс повышение прочностных свойств.residual austenite. As a result, an increase in strength properties is not provided.

Скоростной нагрев до температур больших Асз+450°С с указанной скоростью вызывает почти полное растворение карбидов в аустените, быстрый рост аустенитного зерна и даже оплавление, что снижает все механические характеристики сталей.Rapid heating to temperatures of high Ac3 + 450 ° C with the indicated speed causes almost complete dissolution of carbides in austenite, rapid growth of austenitic grain and even melting, which reduces all the mechanical characteristics of steels.

0 Дл получени указанного выше структурного состо ни и достижени цели изобретени перед скоростной закалкой провод т улучшение, обеспечивающее формирование структуры сорбит отпуска с рав5 номерным распределением карбидов в ферритной матрице. В процессе скоростного нагрева в указанных услови х феррит превращаетс в аустенит и, вследствие отсутстви выдержки растворение карбидов0 In order to obtain the above structural state and achieve the object of the invention, an improvement is carried out before high-speed quenching, which ensures the formation of a sorbitol tempering structure with a uniform distribution of carbides in the ferrite matrix. In the process of rapid heating under the indicated conditions, ferrite turns into austenite and, due to the lack of exposure, the dissolution of carbides

0 лишь начинаетс , но не завершаетс по окончании нагрева. В результате образуетс гетерогенна дисперсна смесь мартенсита , полностью нерастворенных карбидов и равномерно распределенного остаточно5 го аустенита с мелким зерном, что и позвол ет реализовать цель изобретени . Другие исходные структурные состо ни не обеспечивают формирование описанных выше структур при последующей скоростной за0 калкиТВЧ и не реализует цели изобретени . Низкотемпературный отпуск проводитс дл уменьшени внутренних напр жений , стабилизации до определенного уровн остаточного аустенита и повышени 0 only begins, but does not end at the end of heating. As a result, a heterogeneous dispersed mixture of martensite, completely undissolved carbides and evenly distributed residual austenite with fine grain is formed, which makes it possible to realize the object of the invention. Other initial structural states do not provide the formation of the structures described above with subsequent high-speed ultrahigh frequency heat treatment and do not fulfill the purpose of the invention. Low temperature tempering is carried out to reduce internal stresses, stabilize to a certain level of residual austenite and increase

5 пластичности сталей.5 ductility of steels.

Предложенный способ термообработки нержавеющих сталей опробован в производственных услови х ПО Азовмаш. Стандартные образцы дл механическихThe proposed method of heat treatment of stainless steels was tested in production conditions at Azovmash software. Standard samples for mechanical

0 испытаний из стали 20X13 (разрывные гага- ринские, ударные сечением 10x10 мм с U-об- разным надрезом, на кручение диаметром рабочей части 6 мм) предварительно подвергали улучшению (закалка с 1050°С и от5 пуск при температуре 720°С), После этого по одному образцу помещали в кольцевой од- новинтовый индуктор диаметром 100 мм симметрично относительно плоскости индуктора , обеспечива при этом их осевое0 tests of steel 20X13 (explosive Gagarin, impact cross-sections of 10x10 mm with a U-shaped notch, torsion with a working part diameter of 6 mm) were preliminarily improved (quenching from 1050 ° C and tempering at 720 ° C), After that, one sample was placed in a ring single-screw inductor with a diameter of 100 mm symmetrically with respect to the plane of the inductor, while ensuring their axial

0 расположение. Скоростной объемный равномерный нагрев всего образца осуществл ли токами высокой частоты от лампового генератора ЛЗ-207 с параметрами работы: анодный ток 7 А, частота тока 60 Гц, напр 5 жение на контуре 6 кВ, мощность- контура 200 кВт, скорость нагрева составл ла 200- 50°С/с. Врем нагрева измен ли от 15 до 19,5 с, а температуру соответственно варьировали от 1000 до 1450°С. По истечении заданного времени нагрева образцы охлаждали в масле, после чего проводили низкотемпературный отпуск при температурах 200-250°С. Испытани механических свойств сталей после термообработки по предложенному и известному способам проводили в лабораторных услови х Мариупольского металлургического института. Испытани на раст жение осуществл ли на разрывной машине Р-4, на кручение - на машине КМ-50-1, на ударную в зкость - на ма тниковом копре МК-30. на износ - на машине МИ-1М.0 location. Uniform high-speed volumetric heating of the entire sample was carried out by high-frequency currents from a LZ-207 tube generator with operating parameters: anode current of 7 A, current frequency of 60 Hz, voltage 5 of the circuit 6 kV, power-circuit 200 kW, the heating rate was 200 - 50 ° C / s. The heating time was varied from 15 to 19.5 s, and the temperature, respectively, varied from 1000 to 1450 ° C. After a predetermined heating time, the samples were cooled in oil, after which low-temperature tempering was carried out at temperatures of 200-250 ° C. The mechanical properties of steels after heat treatment were tested according to the proposed and known methods in laboratory conditions of the Mariupol Metallurgical Institute. Tensile tests were carried out on a P-4 tensile testing machine, torsion tests on a KM-50-1 machine, and impact toughness on an MK-30 dummy hammer. for wear - on a MI-1M machine.

Результаты механических свойств приведены в таблице.The results of the mechanical properties are shown in the table.

Из таблицы следует, что после термо- обработки по предложенному способу со скоростным нагревом до оптимальных температур Асз+(370-450°С) прочностные ( «в, (R.2 , Гпч . Яэ.з, пластические ( д , ty, g) характеристики, ударна в зкость и износо- стойкость значительно выше, чем после скоростной закалки по способу прототипа, а также чем после обычной закалки с нагревом в печи.It follows from the table that after heat treatment according to the proposed method with high-speed heating to optimum temperatures Ac3 + (370-450 ° C), strength (в in, (R.2, Gpch. Yae.z, plastic (d, ty, g ) characteristics, impact resistance and wear resistance are much higher than after high-speed quenching according to the prototype method, as well as after ordinary quenching with heating in a furnace.

Эффективность предложенного способа заключаетс в существенном повышении комплекса механических и эксплуатационных свойств, долговечности деталей и экономии легированных сталей.The effectiveness of the proposed method consists in a significant increase in the complex of mechanical and operational properties, durability of parts and economy of alloy steels.

Claims

1. A method of heat treatment of products, mainly from stainless steels, including improvement, high-speed heating, cooling, heating, which means that, in order to improve the mechanical properties of products, high-speed heating is carried out to Ac3 + (370-450) ° WITH. and then low temperature tempering is carried out.

2. A method according to claim 1, characterized in that volumetric rapid heating of the part is carried out.

Ulnin E.A. Corrosion-resistant steels and alloys -M Mgge urt. 1980.S. 47