RU2011686C1

RU2011686C1 - Method of treating alloyed constructional steel castings

Info

Publication number: RU2011686C1
Authority: RU
Inventors: А.Н. Волегов; Н.Г. Ермолин
Original assignee: Волегов Александр Николаевич; Ермолин Николай Григорьевич
Priority date: 1991-02-15
Filing date: 1991-02-15
Publication date: 1994-04-30

Abstract

FIELD: metal-working. SUBSTANCE: alloyed constructional steel castings were heated in vacuum furnace during 1 to 3 h at vacuum of 10^-4mm Hg mm Hg and then allowed to cool in three steps, first, in vacuum heat-treatment furnace chamber to A_c1-(80-100)^°C (80 to 100) C at cooling rate of 400 to 430 C/h, then in furnace cooling chamber to point of 200 C and finally in the air. EFFECT: more effective treatment. 1 tbl

Description

Изобретение относится к термической обработке стали в вакууме, а именно к способам термической обработки литых деталей из легированной конструкционной стали. The invention relates to heat treatment of steel in a vacuum, and in particular to methods of heat treatment of cast parts from alloy structural steel.

Детали, изготовленные методом литья под давлением, имеют высокую нестабильность структуры, что способствует преждевременному износу режущего инструмента при обработке их резанием. Кроме того, в процессе литья происходит перенасыщение деталей (особенно их поверхностного слоя) газовыми примесями, что, как и нестабильность структуры, ухудшает свариваемость, приводит к образованию пор в сварном шве. Parts manufactured by injection molding have a high instability of the structure, which contributes to the premature wear of the cutting tool during processing by cutting. In addition, during the casting process, parts (especially their surface layer) are oversaturated with gas impurities, which, like the instability of the structure, impairs weldability and leads to the formation of pores in the weld.

Известны способы термической обработки металлов в вакууме. Из них наиболее близким к заявляемому решению является способ обработки, включающий нагрев с выдержкой при температуре, равной 0,7 Т_пл, в вакуумной печи при разрежении 10^-4 мм рт. ст. и охлаждении.Known methods of heat treatment of metals in vacuum. Of these, the closest to the claimed solution is a processing method that includes heating with exposure at a temperature equal to 0.7 T _pl in a vacuum oven with a vacuum of 10 ^-4 mm RT. Art. and cooling.

К достоинствам вакуумной термообработки относятся, во-первых, удаление вредных газовых примесей, отсутствие окалины на поверхности обрабатываемого металла, что позволяет исключать операцию механической очистки перед последующей обработкой (например, сваркой). The advantages of vacuum heat treatment include, firstly, the removal of harmful gas impurities, the absence of scale on the surface of the treated metal, which eliminates the mechanical cleaning operation before subsequent processing (for example, welding).

Однако ни один из известных способов вакуумной термообработки, в том числе и способ, выбранный в качестве прототипа, не обеспечивают стабильности структуры отливок из легированной конструкционной стали. Это приводит к преждевременному износу режущего инструмента при обработке резанием (токарной, сверлильной, например) и ухудшает свариваемость, поскольку способствует образованию дефектов в сварных швах. However, none of the known methods of vacuum heat treatment, including the method selected as a prototype, does not ensure the stability of the structure of castings of alloy structural steel. This leads to premature wear of the cutting tool during cutting (turning, drilling, for example) and impairs weldability, since it contributes to the formation of defects in welds.

Цель изобретения - улучшение обрабатываемости резанием и свариваемости. The purpose of the invention is the improvement of machinability by cutting and weldability.

Цель достигается тем, что охлаждение с температуры 0,7 Т_пл до А_Cl - (80-100)^оС ведут в камере нагрева со скоростью 400-430^оС/ч, до 200^оС - в камере охлаждения, далее на воздухе.The object is achieved in that the cooling temperature of 0.7 _Tm to A _Cl - (80-100) ^C is carried out in a heating chamber at a rate ^of 400-430 C / hr ^to 200 ° C - in the cooling chamber, then the air .

Способ осуществляют следующим образом. The method is as follows.

После механической очистки поверхности детали помещают в вакуумную печь, герметизируют ее и включают насосы. По достижении остаточного давления 10^-4 мм рт. ст. осуществляют нагрев до температуры 0,7 Т_пл.отжигаемой стали и выдерживают при этой температуре 1-3 ч в зависимости от габаритов деталей и их количества, т. е. от величины садки. По окончании выдержки производят ускоренное охлаждение деталей до температуры А_Cl - (80-100)^оС со скоростью 400-430^оС/ч в камере нагрева вакуумной печи. С температуры А_Cl - (80-100)^оС охлаждение производят с произвольной скоростью в камере охлаждения печи. По достижении в камере охлаждения 200^оС печь открывают и охлаждение производят на воздухе.After mechanical cleaning of the surface, the parts are placed in a vacuum oven, hermetically sealed and the pumps are turned on. Upon reaching a residual pressure of 10 ^-4 mm RT. Art. carry out heating to a temperature of 0.7 T _pl. annealed steel and maintained at this temperature for 1-3 hours, depending on the dimensions of the parts and their quantity, i.e., on the size of the charge. At the end of the exposure, the parts are accelerated cooling to a temperature A _Cl - (80-100) ^о С at a speed of 400-430 ^о С / h in the heating chamber of the vacuum furnace. From temperature A _Cl - (80-100) ^о С, cooling is performed at an arbitrary speed in the cooling chamber of the furnace. Upon reaching 200 ^° C in the cooling chamber, the furnace is opened and cooling is carried out in air.

При нагреве до температуры отжига (0,7 Т _пл.) в металле происходят миграции газовых ионов, вследствие чего за время выдержки при этой температуре из поверхностного слоя деталей удаляются излишки вредных газовых примесей. Кроме того, за время отжига происходит распад мартенситно-бейнитной структуры, полученной после литья, а при последующем охлаждении, вновь образовавшаяся структура стабилизируется. Опытным путем было установлено, что структура с оптимальной зернистостью (феррит + зернистый перлит) получается при охлаждении со скоростью 400-430^оС/ч с температуры отжига (0,7 Т пл. ) до температуры АCl - (80-100)^оС, соответствующей температуре наименьшей устойчивости аустенита в перлитной области. Охлаждение с меньшей скоростью приводит к чрезмерному уменьшению зернистости и повышению пластичности, что при последующей механической обработке приводит к образованию сливной стружки. Повышенная вязкость стали получается и в тех случаях, когда ускоренное охлаждение заканчивается температурой ниже А_Сl - (80-100)^оС.When heated to an annealing temperature (0.7 T _pl. ), Gas ions migrate in the metal; as a result, during exposure at this temperature, excess harmful gas impurities are removed from the surface layer of parts. In addition, during the annealing, the martensitic-bainitic structure obtained after casting decays, and upon subsequent cooling, the newly formed structure stabilizes. Empirically it has been found that the structure with optimum grit (granular ferrite + pearlite) is obtained by cooling at a rate ^of 400-430 C / hr from the annealing temperature (0.7 mp.) To a temperature ACl - (80-100) ^C corresponding to the temperature of least stability of austenite in the pearlite region. Cooling at a lower speed leads to an excessive decrease in graininess and increase in ductility, which, during subsequent machining, leads to the formation of discharge chips. The increased viscosity of steel is also obtained in cases where accelerated cooling ends with a temperature below A _Cl - (80-100) ^о С.

При охлаждении с большей скоростью в структуре стали сохраняются бейнитные зоны, что приводит, во-первых, к износу режущего инструмента при дальнейшей механической обработке, во-вторых, к появлению дефектов в сварных соединениях. Повышенная твердость и неравномерность структуры стали получаются и при ускоренном охлаждении до температуры выше А_Cl - (80-100)^оС.When cooling at a higher speed, bainitic zones are preserved in the steel structure, which leads, firstly, to wear of the cutting tool during further machining, and secondly, to the appearance of defects in welded joints. The increased hardness and unevenness of the steel structure are also obtained with accelerated cooling to a temperature above A _Cl - (80-100) ^о С.

При последующем охлаждении, производимом с произвольной скоростью, структура стали не меняется. При этом ограничение температуры охлаждения до 200^оС под вакуумом введено для того, чтобы исключить образование окисленного слоя на поверхности деталей.With subsequent cooling, carried out at an arbitrary speed, the structure of the steel does not change. When this limit cooling temperature ^to 200 ° C under vacuum introduced in order to avoid the formation of the oxidized layer on the surface of the parts.

П р и м е р. Литые детали из стали 25ХГСЛ и 35ХГСЛ (бобышки, серьги ⌀ 20х15) после механической очистки подвергались термической обработке в вакуумной печи СЭВ 3,3/11,5 по известному и предлагаемому режимам и по режимам, выходящим за пределы по скорости и температуре охлаждения после отжига. После термообработки детали контролировались по структуре, химическому составу, твердости. Затем, после сварки обработанных деталей с втулкой из стали 30 ХГСА производилась обработка этих деталей резанием и контролировались сварные швы (на каждой сборке из втулки, двух серег и бобышки - три шва). Режимы термообработки и результаты контроля по обрабатываемости резанием и свариваемости приведены в табл. 1, химический состав - в табл. 2. PRI me R. After mechanical cleaning, cast parts made of steel 25KhGSL and 35KhGSL (bosses, earrings ⌀ 20x15) were subjected to heat treatment in a SEV 3.3 / 11.5 vacuum furnace according to the known and proposed modes and according to modes that went beyond the speed and cooling temperature after annealing . After heat treatment, the parts were controlled by structure, chemical composition, and hardness. Then, after welding the machined parts with a sleeve made of 30 HGSA steel, the parts were machined and the welds were controlled (on each assembly of the sleeve, two earrings and boss - three seams). Modes of heat treatment and the results of the control of machinability by cutting and weldability are given in table. 1, the chemical composition is in table. 2.

Как видно из данных 1, после обработки по предлагаемому способу сталь имеет оптимальную для обработки резанием пластичность и равномерную структуру (феррит + зернистый перлит), что благоприятно не только для обработки резанием, но и для свариваемости. As can be seen from data 1, after processing by the proposed method, the steel has an optimal plasticity for cutting and a uniform structure (ferrite + granular perlite), which is favorable not only for cutting, but also for weldability.

Термообработка по известному способу не обеспечивает равномерности структуры стали - в ней имеются бейнитные зоны. Heat treatment according to the known method does not ensure uniformity of the steel structure - it contains bainitic zones.

Бейнитные зоны имеются и в образцах, охлаждение которых с температуры отжига производилось со скоростью выше предлагаемой, и в образцах, охлаждаемых до температуры выше предлагаемой. Наличие бейнитных зон в структуре обрабатываемой стали приводит к преждевременному износу режущего инструмента, а также к появлению дефектов в сварных швах. Bainitic zones are also present in samples whose cooling from the annealing temperature was performed at a rate higher than that proposed, and in samples cooled to a temperature higher than that proposed. The presence of bainitic zones in the structure of the processed steel leads to premature wear of the cutting tool, as well as to the appearance of defects in the welds.

При охлаждении отливок со скоростью ниже предлагаемой структура стали становится равномерной (феpрит + перлит), однако чрезмерно повышается пластичность стали, что приводит к образованию сливной стружки при последующей механической обработке. Охлаждение до температуры ниже предлагаемой также приводит к неоптимальной для обработки резанием твердости стали. When the castings are cooled at a rate lower than the proposed structure, the steel structure becomes uniform (ferrite + perlite), however, the ductility of the steel increases excessively, which leads to the formation of drainage chips during subsequent machining. Cooling to a temperature below the proposed also leads to non-optimal steel hardness for cutting.

Химический состав стали (табл. 2) после термообработки как по известному, так и по предлагаемому способам остается в допустимых пределах. Однако после обработки по предлагаемому способу в стали остается меньше водорода, что способствует повышению качества сварных швов. The chemical composition of the steel (table. 2) after heat treatment by both the known and the proposed methods remains within acceptable limits. However, after processing by the proposed method, less hydrogen remains in the steel, which helps to improve the quality of welds.

Таким образом, предлагаемый способ обработки литых деталей из легированной конструкционной стали позволяет путем стабилизации структуры улучшить обрабатываемость резанием и свариваемость. Долговечность режущего инструмента вследствие этого повышается в среднем на 30-40% , вероятность образования дефектов в сварных швах сведена к минимуму. Thus, the proposed method for processing cast parts of alloy structural steel allows, by stabilizing the structure, to improve machinability by cutting and weldability. The durability of the cutting tool as a result of this increases by an average of 30-40%, the likelihood of defects in the welds is minimized.

Claims

METHOD FOR PROCESSING CAST DETAILS FROM ALLOYED STRUCTURAL STEEL, including heating with holding at a temperature equal to 0.7 T of melting in a vacuum furnace with a vacuum of 10 ^-4 mm RT. Art. and cooling, characterized in that, in order to improve machinability by cutting and weldability, cooling to Ac ₁ - (80 - 100) ^o C is carried out in a heating chamber at a speed of 400 - 530 ^o C / h, up to 200 ^o C in a cooling chamber, further in the air.