RU2113509C1 - Method for heat treatment of connecting rod forgings from alloyed steels - Google Patents

Method for heat treatment of connecting rod forgings from alloyed steels Download PDF

Info

Publication number
RU2113509C1
RU2113509C1 RU97118893A RU97118893A RU2113509C1 RU 2113509 C1 RU2113509 C1 RU 2113509C1 RU 97118893 A RU97118893 A RU 97118893A RU 97118893 A RU97118893 A RU 97118893A RU 2113509 C1 RU2113509 C1 RU 2113509C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
temperature
forgings
heating
carried out
cooling
Prior art date
Application number
RU97118893A
Other languages
Russian (ru)
Other versions
RU97118893A (en
Inventor
И.М. Володин
Ю.М. Мокроусов
Original Assignee
Открытое акционерное общество "КАМАЗ"
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Открытое акционерное общество "КАМАЗ" filed Critical Открытое акционерное общество "КАМАЗ"
Priority to RU97118893A priority Critical patent/RU2113509C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2113509C1 publication Critical patent/RU2113509C1/en
Publication of RU97118893A publication Critical patent/RU97118893A/en

Links

Images

Landscapes

  • Heat Treatment Of Articles (AREA)
  • Forging (AREA)

Abstract

FIELD: metallurgy. SUBSTANCE: method includes heating of forgings up to authentication temperature, hardening, high-temperature tempering and descaling. Heating is carried out up to temperature of 860-960 C in oxidizing atmosphere with excess air coefficient of 1.25-2.25 for 60-180 min. Hardening is carried out by cooling with cooled compressed air for 6-20 min down to temperature below 320 C. Heating of connecting rod forgings from steel 40XH2MA is carried out to temperature of 900±10 C for 144±5 min with excess-air coefficient of 1.4±0.1. Cooling is lasted for 10-12 min to temperature below 320 C, and tempering is conducted at temperature of 560±10 C for 240 min. EFFECT: higher quality of articles and reduced expenditures for heat treatment. 2 cl, 1 tbl

Description

Изобретение относится к металлургии, в частности к термической обработке стальных поковок из легированных сталей, преимущественно шатунов. The invention relates to metallurgy, in particular to the heat treatment of steel forgings from alloy steels, mainly connecting rods.

Известен способ закалки стальных изделий, включающий нагрев до температуры аустенизации и охлаждение со скоростью, удовлетворяющей условию. A known method of hardening of steel products, including heating to an austenitizing temperature and cooling at a speed satisfying the condition.

Figure 00000001
;
где
a, b, c - коэффициенты зависимости порогового значения вязкости разрушения от скорости охлаждения образцов;
KIrth = a/(lgV+b)+C;
KIrth - пороговое значение вязкости разрушения стали МПа•м1/2;
V - скорость охлаждения изделия, oC/с;
L - определяющий размер дефекта, мм;
σ макс р - максимальное растягивающее напряжение, МПа;
m - коэффициент местонахождения дефекта;
Способ трудно реализуем на практике, требует проведения значительного числа экспериментов в лабораторных условиях для различных плавок. Главное, что он не устраняет дефектов, а предлагает регламентировать скорость охлаждения для предотвращения их распространения [1].
Figure 00000001
;
Where
a, b, c are the coefficients of the dependence of the threshold value of fracture toughness on the cooling rate of the samples;
K Irth = a / (logV + b) + C;
K Irth - threshold value of fracture toughness of steel MPa • m 1/2 ;
V is the cooling rate of the product, o C / s;
L is the defining size of the defect, mm;
σ Max R - maximum tensile stress, MPa;
m is the defect location coefficient;
The method is difficult to implement in practice, requires a significant number of experiments in the laboratory for various swimming trunks. The main thing is that it does not eliminate defects, but suggests regulating the cooling rate to prevent their spread [1].

Известен способ термической обработки шатунов автомобильных двигателей, заключающийся в нагреве до температуры аустенизации 830oC, выдержку в течение 0,5 ч, охлаждение в тосоле, нагрев до температуры 650oC, выдержку в 1 ч, медленное охлаждение до нормальной температуры и очистку окалины стальной дробью [2].A known method of heat treatment of connecting rods of automobile engines, which consists in heating to an austenitization temperature of 830 o C, holding for 0.5 h, cooling in antifreeze, heating to a temperature of 650 o C, holding for 1 h, slow cooling to normal temperature and cleaning the scale steel shot [2].

Недостаток выше названного способа состоит в том, что при наличии на поковке поверхностных дефектов при закалке происходит образование трещин и получается неисправимый брак. Кроме того, расходуется дорогостоящая охлаждающая жидкость тосол. В процессе использования тосола происходит его загрязнение окалиной и выгорание органических компонентов, что приводит к расслоению охлаждающей жидкости на тосол и воду. Таким образом, горячая поковка из легированной стали, соприкасаясь отдельными участками с водой, испытывает высокие термические напряжения, в результате действия которых происходит образование трещин даже при отсутствии концентраторов напряжений на поверхности. Наблюдаются случаи повального брака до 20%. Срочно меняют тосол на новый. The disadvantage of the above method is that in the presence of surface defects in the forging during hardening, cracking occurs and an unrecoverable defect is obtained. In addition, expensive coolant antifreeze is consumed. In the process of using antifreeze, it becomes contaminated with scale and burns out organic components, which leads to the stratification of the coolant into antifreeze and water. Thus, hot forgings made of alloy steel, in contact with water in separate areas, experience high thermal stresses, resulting in the formation of cracks even in the absence of stress concentrators on the surface. Cases of general marriage up to 20% are observed. Immediately change the antifreeze to a new one.

Поставлена задача разработать способ термической обработки поковок шатуна из легированных сталей, который обеспечит устранение поверхностных дефектов (концентраторов напряжений) в процессе нагрева и выдержки поковок под аустенизацию и применить закалку с низкой скоростью охлаждения для снижения величины термических напряжений. Кроме того, необходимо уйти от использования дорогостоящей охлаждающей жидкости с изменяющимися в процессе эксплуатации свойствами. The task is to develop a method for the heat treatment of connecting rods of alloy steels, which will eliminate surface defects (stress concentrators) during heating and aging the forgings for austenization and apply hardening with a low cooling rate to reduce thermal stresses. In addition, it is necessary to get away from the use of expensive coolant with properties that change during operation.

Технический результат в способе термической обработки поковок из легированных сталей, включающем нагрев до температуры аустенизации, закалку, высокотемпературный отпуск, очистку от окалины достигается тем, что нагрев ведут до температуры 860oC960oC, в окислительной атмосфере с коэффициентом избытка подачи воздуха 1,25 oC 2,25 в течение 60oC180 мин, а закалку осуществляют охлаждением сжатым воздухом в течение 6oC20 мин до температуры ниже 320oC.The technical result in the method of heat treatment of forged alloy steel, comprising heating to the austenitizing temperature, quenching, high temperature tempering, descaling is achieved in that the heating is carried out until the temperature of 860 o C960 o C, in an oxidizing atmosphere with a coefficient of excess air of 1.25 o C 2.25 for 60 o C180 min, and hardening is carried out by cooling with compressed air for 6 o C20 min to a temperature below 320 o C.

Нагрев поковок шатуна из стали 40ХН2МА ведут до температуры 900±10oC в течение 144±5 мин с коэффициентом избытка воздуха 1,4±0,1, охлаждение проводят в течение 10oC12 мин до температуры ниже 320oC, а отпуск ведут при температуре 560±10oC в течение 240 мин.Heating forgings of steel rod 40HN2MA lead to a temperature of 900 ± 10 o C for 144 ± 5 min with excess air ratio 1.4 ± 0.1, cooling is carried out within 10 minutes o C12 to a temperature below 320 o C, and lead rental at a temperature of 560 ± 10 o C for 240 minutes

Нагрев поковок в окислительной атмосфере с коэффициентом избытка воздуха более 1,25 (на 1 м3 газа приходится 12,5 м3 воздуха) приводит к выгоранию дефектов на поверхности поковок, тем самым устраняются концентраторы напряжений, которые в процессе закалки под действием термических напряжений раскрываются и приводят к окончательному браку. Экспериментально установлено, что нагрев с меньшим коэффициентом избытка воздуха не позволяет полностью устранить поверхностные дефекты. При нагреве с коэффициентом избытка воздуха более 2,25 происходит обильное окалинообразование и за время аустенизации выгорает не только поверхностный дефектосодержащий слой, но и основной металл поковки. Кроме того, снижается эффективность работы печи (необходимо нагревать много избыточного воздуха).Heating of forgings in an oxidizing atmosphere with an excess air coefficient of more than 1.25 (12.5 m 3 of air per 1 m 3 of gas) leads to the burning out of defects on the forgings surface, thereby eliminating stress concentrators that open during hardening under the influence of thermal stresses and lead to the final marriage. It was experimentally established that heating with a lower coefficient of excess air does not completely eliminate surface defects. When heated with an excess air coefficient of more than 2.25, heavy scale formation occurs and during austenization not only the surface defect-containing layer burns out, but also the base metal of the forging. In addition, the efficiency of the furnace is reduced (it is necessary to heat a lot of excess air).

Повышение температуры нагрева под закалку до 860oC960oC позволяет увеличить степень легированности аустенита, что приводит к снижению величины верхней критической скорости закалки, а это, в свою очередь, позволяет получить структуру мартенсита закалки при охлаждении с малой скоростью, применяя охлаждение сжатым воздухом в течение 6oC20 мин. Кроме того, при нагреве под закалку до 860oC960oC скорость окисления стали превышает скорость обезуглероживания поверхностного слоя.An increase in the temperature of quenching heating to 860 o C 960 o C allows increasing the degree of alloying of austenite, which leads to a decrease in the upper critical rate of quenching, and this, in turn, allows to obtain the structure of quenching martensite during cooling at low speed, using cooling with compressed air in within 6 o C20 minutes In addition, when heated to quenching to 860 o C960 o C, the oxidation rate of steel exceeds the rate of decarburization of the surface layer.

Время нагрева под аустенизацию зависит от размеров поковки. Мелкие поковки достаточно нагревать в течение 60 мин, а крупные поковки необходимо нагревать 180 мин. При меньшем времени нагрева процесс аустенизации пройдет неполностью. The heating time for austenitization depends on the size of the forging. Small forgings are enough to heat for 60 minutes, and large forgings need to be heated for 180 minutes. With shorter heating times, the austenitization process is incomplete.

Время охлаждения поковок сжатым воздухом также зависит от их размеров. Мелкие поковки достаточно охлаждать 6 мин, а крупные поковки необходимо охлаждать 20 мин. При меньшем времени охлаждения мартенситное преобразование пройдет неполностью. The cooling time of the forgings with compressed air also depends on their size. Small forgings are sufficient to cool for 6 minutes, and large forgings need to be cooled for 20 minutes. With shorter cooling times, the martensitic transformation is incomplete.

Сопоставительный анализ предлагаемого технического решения с прототипом показывает, что предлагаемый способ термической обработки поковок отличается от прототипа. A comparative analysis of the proposed technical solution with the prototype shows that the proposed method of heat treatment of forgings is different from the prototype.

Если в способе-прототипе нагрев ведут до 830oC, то в предлагаемом способе до 860oC960oC. В способе-прототипе атмосфера не регламентируется, а в предлагаемом способе создается окислительная атмосфера с коэффициентом избытка подачи воздуха 1,25 oC 2,25. В прототипе время выдержки при нагреве 30 мин, а в предлагаемом способе 60 oC 180 мин. В прототипе закалку осуществляют путем погружения поковки в тосол, а в предлагаемом способе - охлаждением сжатым воздухом в течение 6oC20 мин.If the prototype method leads to heating up to 830 o C, then in the proposed method to 860 o C960 o C. In the prototype method, the atmosphere is not regulated, and in the proposed method creates an oxidizing atmosphere with a coefficient of excess air supply of 1.25 o C 2, 25. In the prototype, the exposure time when heated for 30 minutes, and in the proposed method 60 o C 180 minutes In the prototype, hardening is carried out by immersing the forgings in antifreeze, and in the proposed method, by cooling with compressed air for 6 o C20 minutes

Эти отличительные признаки обеспечивают устранение дефектов на стадии нагрева поковок и снижают термические напряжения в процессе закалки, что приводит к получению качественной продукции. These distinguishing features ensure the elimination of defects at the stage of heating the forgings and reduce thermal stresses during the hardening process, which leads to the production of high-quality products.

Таким образом, данное техническое решение соответствует критерию "новизна". Thus, this technical solution meets the criterion of "novelty."

Анализ авторских свидетельств, патентов и научно-технической информации не выявил использования новых существенных признаков предлагаемого изобретения по их функциональному назначению. Таким образом, предлагаемое изобретение соответствует критерию "изобретательский уровень". The analysis of copyright certificates, patents and scientific and technical information did not reveal the use of new significant features of the invention according to their functional purpose. Thus, the present invention meets the criterion of "inventive step".

Пример конкретного выполнения. Обработке по предлагаемому способу подвергали поковки шатуна автомобиля КАМАЗ чертеж 740-1004050/55, изготовленные из прутка диаметром 70 мм, стали марки 40ХН2МА ТУ 14-1-2598-79. Масса поковки 4,3 кг. Величина опытно-промышленных партий по 720 штук каждая. Поковки укладывали в один слой по 15 штук на поддон (партии 1 и 2), в два слоя на поддон (партия 3) и нагревали в окислительной атмосфере с коэффициентом избытка подачи воздуха 1,4±0,1 в течении 144 мин до 900±10oC. Затем охлаждали сжатым воздухом в течение 10 мин в камере воздушного охлаждения до температуры ниже 320oC. Далее поковки на поддонах переносились в отпускную печь, где при температуре 560oC в течение 240 мин проводился отпуск. После этого поковки опрокидывали в тару и охлаждали на спокойном воздухе. Охлажденные поковки очищали стальной дробью в дробеструйных установках и подвергали визуальному контролю, контролю на твердость и люминесцентному контролю на наличие трещин и волосовин. Для очистки качества шатунов определяли микроструктуру и механические свойства.An example of a specific implementation. Processing according to the proposed method was subjected to forgings of the connecting rod of a KAMAZ automobile drawing 740-1004050 / 55, made of a bar with a diameter of 70 mm, steel grade 40XH2MA TU 14-1-2598-79. The mass of forgings is 4.3 kg. The size of pilot lots of 720 pieces each. Forgings were laid in one layer of 15 pieces per pallet (lots 1 and 2), in two layers on a pallet (lot 3) and heated in an oxidizing atmosphere with an air supply excess coefficient of 1.4 ± 0.1 for 144 min to 900 ± 10 o C. Then it was cooled with compressed air for 10 min in an air-cooling chamber to a temperature below 320 o C. Next, the forgings on pallets were transferred to a tempering furnace, where tempering was carried out for 5 minutes at a temperature of 560 o C. After that, the forgings were overturned in containers and cooled in calm air. The cooled forgings were cleaned with steel shot in shot blasting plants and subjected to visual inspection, hardness control and luminescent inspection for cracks and hairline. To clean the quality of the connecting rods, the microstructure and mechanical properties were determined.

Результаты испытаний приведены в таблице. The test results are shown in the table.

Для сравнения приведены данные о прототипе и требования ГОСТ 8479-70, КП 640. For comparison, data on the prototype and the requirements of GOST 8479-70, KP 640 are given.

Микроструктуру оценивали металлографическим способом. Микроструктура шатунов партии 1, 2 и прототипа - сорбит мелкодисперсный, партии 3 - сорбит среднедисперсный. Величина зерна у шатунов партий 1, 2 и 3 N 8 ГОСТ 5639-82. The microstructure was evaluated metallographically. The microstructure of the connecting rods of the batch 1, 2 and prototype - finely dispersed sorbitol, batch 3 - medium-sized sorbitol. The grain size of the connecting rods of parties 1, 2 and 3 N 8 GOST 5639-82.

Анализ опытных данных показал, что проведение термообработки по предлагаемому способу позволяет устранить трещины и получить качественную продукцию. Analysis of the experimental data showed that the heat treatment of the proposed method can eliminate cracks and get quality products.

Claims (2)

1. Способ термической обработки поковок шатуна из легированных сталей, включающий нагрев до температуры аустенизации, закалку, высокотемпературный отпуск, очистку от окалины, отличающийся тем, что нагрев ведут до температуры 860 - 960oC, в окислительной атмосфере с коэффициентом избытка подачи воздуха 1,25 - 2,25 в течение 60 - 180 мин, а закалку осуществляют охлаждением сжатым воздухом в течение 6 - 20 мин до температуры ниже 320oC.1. The method of heat treatment of forgings of a connecting rod made of alloy steels, including heating to austenitic temperature, hardening, high-temperature tempering, descaling, characterized in that the heating is carried out to a temperature of 860 - 960 o C, in an oxidizing atmosphere with an excess air supply coefficient of 1, 25 - 2.25 for 60 to 180 minutes, and hardening is carried out by cooling with compressed air for 6 to 20 minutes to a temperature below 320 o C. 2. Способ по п.1, отличающийся тем, что нагрев поковок шатуна из стали 40ХН2МА ведут до температуры 900 ± 10oC в течение 144 ± 5 мин с коэффициентом избытка воздуха 1,4 ± 0,1, охлаждение проводят в течение 10 - 12 мин до температуры ниже 320oC, а отпуск ведут при 560 ± 10oC в течение 240 мин.2. The method according to claim 1, characterized in that the heating of the forgings of the connecting rod from steel 40XH2MA is carried out to a temperature of 900 ± 10 ° C for 144 ± 5 minutes with an excess air coefficient of 1.4 ± 0.1, cooling is carried out for 10 - 12 minutes to a temperature below 320 o C, and leave at 560 ± 10 o C for 240 minutes
RU97118893A 1997-11-24 1997-11-24 Method for heat treatment of connecting rod forgings from alloyed steels RU2113509C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU97118893A RU2113509C1 (en) 1997-11-24 1997-11-24 Method for heat treatment of connecting rod forgings from alloyed steels

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU97118893A RU2113509C1 (en) 1997-11-24 1997-11-24 Method for heat treatment of connecting rod forgings from alloyed steels

Publications (2)

Publication Number Publication Date
RU2113509C1 true RU2113509C1 (en) 1998-06-20
RU97118893A RU97118893A (en) 1998-11-10

Family

ID=20198981

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU97118893A RU2113509C1 (en) 1997-11-24 1997-11-24 Method for heat treatment of connecting rod forgings from alloyed steels

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2113509C1 (en)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2690873C1 (en) * 2015-11-11 2019-06-06 Ниссан Мотор Ко., Лтд. Gas hardening method

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
2. Семендий В.И. и др. Прогрессивные технологи и, оборудование и автоматизация кузнечно-штамповочного производства КАМАЗа . - М.: Машиностроение, 1989, с.304, ил. с.170. *

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2690873C1 (en) * 2015-11-11 2019-06-06 Ниссан Мотор Ко., Лтд. Gas hardening method

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN101384744A (en) Strip made of stainless austenitic steel with bright surface and excellent mechanical properties
FI68863B (en) FOERFARANDE FOER VAERMEBEHANDLING AV ETT STAOLARBETSSTYCKE
JP5088633B2 (en) Steel manufacturing method
US8377235B2 (en) Process for forming steel
RU2113509C1 (en) Method for heat treatment of connecting rod forgings from alloyed steels
RU2404267C1 (en) Method of heat treatment of items from chromium tool steel
CN114166605B (en) Method for simulating and predicting core tissue performance of large-size CrMo steel member
Strobl et al. New steel combinations produced by the Damascus technique
CZ2014405A3 (en) Heat treatment process of bearing steel
RU2344182C2 (en) Method of thermal processing of high-strength maraging steel articles
EP2708609A1 (en) System and method for induction treatment of metals
Hauserova et al. Pearlitic Lamellae Spheroidisation During Austenitization and Subsequent Temperature Hold
US3615925A (en) Heat-treatment of steels
RU2816975C1 (en) Method of heat treatment of articles made from steel with carbon content of 0,4-1,5%
JPH0730438B2 (en) Carburizing and heat treatment method for high carbon chrome bearing steel
PARK et al. Comparison of cold formability of cold drawn non-heat-treated steels having similar strength
SU812835A1 (en) Method of treatment of parts
Totten et al. Overview of intensive-quenching processes
Fonstein et al. Phase transformation behavior during continuous cooling and isothermal holding of aluminum and silicon bearing TRIP steels
JP7119697B2 (en) Steel materials for surface hardening and surface hardening parts
Semev et al. Identifying causes of defects in bearings used in agricultural machines
RU2081191C1 (en) Method of heat treatment of articles
JP4203982B2 (en) Manufacturing method for rolled compacted products
Hou et al. Research on short process hot forming technology of a medium manganese steel
Smoljan An analysis of performance of combined cyclic heat treatment

Legal Events

Date Code Title Description
MM4A The patent is invalid due to non-payment of fees

Effective date: 20101125