RU2024627C1

RU2024627C1 - Method for thermocyclic treatment of steel parts

Info

Publication number: RU2024627C1
Authority: RU
Inventors: О.В. Казачков
Original assignee: Казачков Олег Владимирович
Priority date: 1990-12-25
Filing date: 1990-12-25
Publication date: 1994-12-15

Abstract

FIELD: hardening heat treatment of steels. SUBSTANCE: steel part is heated 3-4 times to temperatures above A_c1 at the rate of 150-180 C/min, and cooled. Between heating cycles steel is cooled in the air while in the last cycle to 650-630 c in the air then in oil at 80-90 C. EFFECT: disclosed treatment produces finely-dispersed martensitic structure with uniform distribution of residual austenite in martensitic die, characterized by high wear resistance. 2 cl

Description

Способ термоциклической обработки деталей относится к способам упрочняющей термообработки сталей типа 40Х. Наиболее эффективно использование предлагаемого способа в автотракторостроении при изготовлении сопряженных пар трения, работающих в условиях повышенного гидроабразивного износа, например валики, детали шарнирных сопряжений и т.д. The method of thermocyclic processing of parts relates to methods of hardening heat treatment of steel type 40X. The most effective use of the proposed method in automotive engineering in the manufacture of paired friction pairs operating in conditions of increased hydroabrasive wear, such as rollers, parts of articulated joints, etc.

Известны способы термической обработки сталей. Known methods of heat treatment of steels.

Цель - повышение их прочностных свойств и включающих однократный или многократный нагревы и охлаждения сталей с выдержкой при постоянной температуре (авт. св. N 602569, кл. C 21 D 1/78, 1975, ББр. з.1104259, кл. C 7 A, оп. 1966). The goal is to increase their strength properties and include single or multiple heating and cooling of steels with holding at a constant temperature (ed. St. N 602569, class C 21 D 1/78, 1975, BBR s.1104259, class C 7 A op. 1966).

Однако недостатком этих способов является сопутствующее повышению прочности, снижение их пластических свойств до нежелательных пределов. При длительной выдержке при постоянной температуре стали приобретают крупнозернистую структуру, происходит обезуглерожвание поверхности, сопровождающееся появлением значительной окалины и опасности коробления (Федюкин В.К. Термоциклическая обработка сталей и чугунов. Л., изд. ЛГУ, 1977, с.5). However, the disadvantage of these methods is the concomitant increase in strength, a decrease in their plastic properties to undesirable limits. With prolonged exposure at a constant temperature, the steels acquire a coarse-grained structure, decarburization of the surface occurs, accompanied by the appearance of significant scale and the risk of warping (Fedyukin V.K. Thermocyclic treatment of steels and cast irons. L., ed. LGU, 1977, p.5).

Известны способы термоциклической обработки сталей на мелкозернистую структуру, основанные на особенностях структурных превращений, возникающих в сплавах при многократных нагревах и охлаждениях (пат. США N 3642595, кл. 148-143, 1972; заявка ФРГ N 2351702, кл. С 21 D 1/78, 1975, авт. св. СССР N 440424, кл. C 21 D 1/00, 1974, авт. св. СССР N 459518, кл. С 21 D 1/00, 1975). Known methods for thermocyclic processing of steels into a fine-grained structure, based on the features of structural transformations that occur in alloys during repeated heating and cooling (US Pat. N 3642595, class 148-143, 1972; application of Germany N 2351702, class C 21 D 1 / 78, 1975, ed. St. USSR N 440424, class C 21 D 1/00, 1974, ed. St. USSR N 459518, class C 21 D 1/00, 1975).

Наиболее близким по технической сущности к заявляемому техническому решению является способ термоциклической обработки стали (40Х), включающий 4-кратный печной нагрев со скоростью более 60^оС/мин до температуры 830 ± 10^оС с последующим охлаждением на воздухе до температуры 630 ± 10^оС. Охлаждение после последнего нагревания осуществлялось в масле, подогретом до 80^оС. Данный способ принят за прототип.The closest in technical essence to the claimed technical solution is a method thermocyclic steel processing (40X) comprising 4x furnace heating rate higher than 60 ° ^C / min to a temperature of 830 ± 10 ^{° C,} followed by cooling in air to a temperature of 630 ± ^{10 °} C. Cooling after the last heating was carried out in oil heated to 80 ^about C. This method is adopted as a prototype.

Однако применение этого способа к сталям типа 40Х не обеспечивает требуемого сочетания пластических свойств и износостойкости для осуществления высокой надежности и работоспособности деталей, так как для их достижения необходимо обеспечение мелкозернистой структуры с определенным соотношением аустенитной и мартенситной составляющих, с равномерным расположением остаточного аустенита в мартенситной матрице. However, the application of this method to steels of type 40X does not provide the required combination of plastic properties and wear resistance to ensure high reliability and performance of parts, since to achieve them it is necessary to provide a fine-grained structure with a certain ratio of austenitic and martensitic components, with a uniform arrangement of residual austenite in a martensitic matrix.

Целью предлагаемого изобретения является повышение износостойкости и пластических свойств стали путем обеспечения ее мелкозернистой аустенитно-мартенситной структуры. The aim of the invention is to increase the wear resistance and plastic properties of steel by ensuring its fine-grained austenitic-martensitic structure.

Цель достигается тем, что в известном способе термоциклической обработки деталей, включающем многократный нагрев до температуры выше точки А_с1 и охлаждение ниже точки А_r1 в предварительных циклах на воздухе и в заключительном цикле в масле, нагрев производится со скоростью 150...180 град/мин (печной нагрев). Причем в заключительном цикле охлаждение осуществляют ступенчато с температуры нагрева в начале на воздухе до температуры 630. . .650^оС, затем в масле с температурой 80...90^оС. Согласно экспериментальным данным такое охлаждение на воздухе до 630...650^оС позволяет получить оптимальное количество аустенита в мартенситной матрице. Охлаждение в двух средах в заключительном цикле предлагаемой термообработки позволяет получить оптимальную износостойкую структуру, мелкозернистую, с равномерным распределением аустенита. Температура охлаждающей среды позволяет сохранить в структуре оптимальное количество аустенита и не создает внутренних термических напряжений. При меньшей температуре среды в детали возможно появление внутренних напряжений, приводящих к появлению микродефектов. При больших температурах в структуре появляется больше оптимального количества аустенита. Кроме того, количество циклов принимают равным 3...4. Высокоскоростной нагрев со скоростью 150...180 град/мин обеспечивает возникновение напряженного состояния по границам зоны (явление термонаклепа), способствующее повышению трещиностойкости материала.The goal is achieved by the fact that in the known method of thermocyclic processing of parts, including multiple heating to a temperature above point A _c1 and cooling below point A _r1 in preliminary cycles in air and in the final cycle in oil, heating is performed at a speed of 150 ... 180 deg / min (furnace heating). Moreover, in the final cycle, cooling is carried out stepwise from the heating temperature in the beginning in air to a temperature of 630.. .650 ^о С, then in oil with a temperature of 80 ... 90 ^о С. According to experimental data, such cooling in air to 630 ... 650 ^о С allows to obtain the optimal amount of austenite in a martensitic matrix. Cooling in two environments in the final cycle of the proposed heat treatment allows you to get the optimal wear-resistant structure, fine-grained, with a uniform distribution of austenite. The temperature of the cooling medium allows you to save the optimal amount of austenite in the structure and does not create internal thermal stresses. At a lower temperature in the part, internal stresses may occur, leading to microdefects. At high temperatures, more than the optimal amount of austenite appears in the structure. In addition, the number of cycles is taken equal to 3 ... 4. High-speed heating at a speed of 150 ... 180 deg / min provides the occurrence of a stress state along the boundaries of the zone (the phenomenon of thermal hardening), which contributes to an increase in crack resistance of the material.

Повышение износостойкости стали в результате предлагаемого способа термоциклической обработки объясняется деформационной обработкой стали в период многократных нагревов и охлаждений материала, которые действуют как термоудары. Происходит дробление структурного зерна и измельчение карбидных образований, возникающих в межграничной зоне. Создается мелкодисперсная мартенситная структура при равномерном распределении остаточного аустенита, хорошо работающая на износ. The increase in wear resistance of steel as a result of the proposed method of thermocyclic processing is explained by the deformation processing of steel during repeated heating and cooling of the material, which act as thermal shock. Crushing of structural grain and grinding of carbide formations occurring in the inter-boundary zone occurs. A finely dispersed martensitic structure is created with a uniform distribution of residual austenite, which works well for wear.

Примеры осуществления предлагаемого способа с граничными значениями заявляемых параметров. Examples of the proposed method with boundary values of the claimed parameters.

П р и м е р 1. Детали, изготовленные из стали 40Х, например, ролики толщиной 12 мм, диаметром 50^+0,02 мм, нагревают до температуры Т_н = 830^оС со скоростью 150^оС/мин. Затем охлаждают их на воздухе до температуры Т_н = 630^оС. Причем в заключительном цикле охлаждение ведут на воздухе до температуры Т_о = 630^оС, а затем в масле, подогретом до 80^оС. Количество циклов 3.EXAMPLE EXAMPLE 1. Parts made of 40Cr steel, such as rollers 12 mm, diameter ^0.02 mm 50, heated to a temperature T _n = 830 ^{° C} at a rate ^of 150 C / min. Then cool them in air to a temperature T _n = 630 ° ^C. Moreover, in the final cycle are cooled in air to a temperature _of T = 630 ^C and then to oil, preheated to 80 ° ^C Number of cycles 3.

П р и м е р 2. Отличается от первого примера граничными параметрами нагрева: Т_н = 850^оС при скорости нагрева 180^оС/мин.EXAMPLE Example 2 differs from the first example a heating boundary parameters: T _n = 850 ^{° C} at a heating rate ^of 180 C / min.

П р и м е р 3. Отличается от первого примера граничными параметрами охлаждения: Т^о = 650^оС. Критические температуры нагрева и промежуточных охлаждений выбирались экспериментально по кривой нагревов и охлаждений. Для этого на одной из деталей записывалась кривая нагревов и охлаждений с помощью автоматического электронного потенциометра ЭПП-09 и зачеканенной в изделие термопары типа ХА. При достижении температур фазового превращения А_с1, А_r1 определялась длительность технологического процесса.EXAMPLE Example 3 differs from the first embodiment cooling boundary parameters: T ^o = 650 ° ^C. The critical heating temperature and intercooling chosen experimentally by heating and cooling curve. For this, a heating and cooling curve was recorded on one of the parts using an automatic electronic potentiometer EPP-09 and a thermocouple type ХА stamped into the product. Upon reaching the phase transformation temperatures A _c1 , A _r1 , the duration of the technological process was determined.

Технический эффект, создаваемый заявляемым способом, заключается в повышении износостойкости и пластических свойств деталей, изготовленных из сталей типа 40Х, в результате обеспечения ее мелкозернистой аустенитно-мартенситной структурой при равномерном распределении остаточного аустенита в мартенситной матрице. Положительный эффект от использования изобретения состоит в повышении работоспособности деталей и соответственно увеличении срока их службы на 45...50% в сравнении с деталями, изготовленными с применением традиционных методов упрочнения сталей методом поверхностно-пластической деформации и с использованием токов высокой частоты. Кроме того, предлагаемый способ можно использовать для упрочнения деталей, восстановленных наплавкой на поверхности детали электродной проволокой типа 30ХГСА. The technical effect created by the claimed method is to increase the wear resistance and plastic properties of parts made of type 40X steels, as a result of providing it with a fine-grained austenitic-martensitic structure with a uniform distribution of residual austenite in the martensitic matrix. The positive effect of the use of the invention is to increase the efficiency of parts and, accordingly, increase their service life by 45 ... 50% in comparison with parts made using traditional methods of hardening steel by surface plastic deformation and using high frequency currents. In addition, the proposed method can be used to harden parts restored by surfacing on the surface of the part with an electrode wire of type 30KhGSA.

Claims

1. METHOD FOR THERMOCYCLIC PROCESSING OF STEEL PARTS, including multiple heating to a temperature above Ac ₁ with intermediate cooling below Ar ₁ in air and cooling in the final cycle in oil, characterized in that, in order to increase wear resistance and plastic properties, heating is carried out at a speed of 150 - 180 ^o C / min, cooling in the final cycle is carried out to 630 - 650 ^o C, and the oil temperature is maintained in the range of 80 - 90 ^o C.

2. The method according to claim 1, characterized in that the heating is carried out 3-4 times.