RU2241768C1 - Способ термоциклической обработки многофазных деформированных железных сплавов - Google Patents
Способ термоциклической обработки многофазных деформированных железных сплавовInfo
- Publication number
- RU2241768C1 RU2241768C1 RU2003114955/02A RU2003114955A RU2241768C1 RU 2241768 C1 RU2241768 C1 RU 2241768C1 RU 2003114955/02 A RU2003114955/02 A RU 2003114955/02A RU 2003114955 A RU2003114955 A RU 2003114955A RU 2241768 C1 RU2241768 C1 RU 2241768C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- temperature
- cooling
- alloy
- total
- heating
- Prior art date
Links
Landscapes
- Heat Treatment Of Articles (AREA)
Abstract
Изобретение относится к области черной металлургии, а именно к термической обработке многофазных деформированных железных сплавов, преимущественно к заэвтектоидным сталям и чугунам. Способ включает многократные нагревы до температуры на 50-150°С ниже температуры солидус сплава, выдержку и охлаждение, а количество циклов нагрева (n) выбирают согласно выражению: n=Собщ.-0,8/В·k·ΔТ, где Собщ. - общее содержание углерода в сплаве, %; 0,8 - концентрация углерода в эвтектоиде, %; k - коэффициент растворимости, т.е. изменение концентрации углерода в аустените при изменении температуры на 1°С, равный (1-3)·10-3%С/°С; ΔT - температурный интервал циклирования выше А1 (ΔT=Tк-A1),°C; Тк - верхняя температура цикла, равная Тсолидус - (50-150)°С; А1 - эвтектоидная температура сплава, °С; В - доля растворения крупных карбидов, равная 0,3...0,5. Целесообразно количество циклов принять равным 2-10, многократные нагревы и охлаждения прерывать изотермической выдержкой при верхней температуре цикла, а окончательное охлаждение проводить в воздушной, жидкой или газовой среде. Способ термоциклической обработки многофазных деформированных железных сплавов обеспечивает высокие механические свойства сплавов за счет получения однородной структуры с равномерно распределенной избыточной фазой. 3 з.п. ф-лы, 1 табл.
Description
Изобретение относится к области черной металлургии, а именно к термической обработке многофазных деформированных железных сплавов, преимущественно к заэвтектоидным сталям и чугунам.
Известен способ термоциклической обработки (ТЦО) отливок из серого ферритного чугуна, включающий многократный нагрев в защитной среде выше Ас3 на 50–200°С со скоростью 6–10°С/мин, выдержку 10–18 мин, охлаждение до 650°С со скоростью 30–35°С/мин и охлаждение на воздухе [а. с.СССР №697576, кл. С 21 D 5/00, опубл. 20.07.1979].
Из-за пониженной температуры нагрева и недостаточной выдержки растворение графита происходит в ограниченных размерах, что влечет за собой сохранение пластиночной формы графита и его распределения в объеме аустенито-графитной колонии, тем самым ведут до невысоких механических и эксплуатационных свойств. Применение защитной атмосферы значительно усложняет выполнение способа ТЦО в производственных условиях и неприменимо для длинномерных крупных отливок.
Наиболее близким аналогом заявляемого изобретения является способ термоциклической обработки высокохромистого чугуна, в котором ведут нагрев до температуры 1100°С, выдержку в течение 0,5 часа, охлаждение до 400°С и выдержку в течение 0,5 часа, после чего нагрев возобновляют. При этом число теплосмен не превышает шести, а окончательное охлаждение ведут в масле [Баранов А.А., Слюсарев В.Ю., Марчук С.И. Влияние теплосмен на структуру и свойства высокохромистого чугуна // Изв. ВУЗов. Черная металлургия. – 1982, №8.. - С.89–91].
Общие признаки ближайшего аналога, совпадающие с существенными признаками заявляемого способа: многократный нагрев, выдержка и охлаждение.
Известный способ не обеспечивает достижения требуемого технического результата из-за образования крупных кристаллов избыточных фаз в структуре данного сплава, что ограничивает их использование в производстве.
Обработка многофазных деформированных железных сплавов известным способом приводит к тому, что присутствие в их структуре кристаллов избыточной фазы, сильно различающихся размерами, формой и распределением, снижает комплекс механических и физико-химических свойств изготовленных из них изделий. Так, наличие крупных пластин графита в серых чугунах или карбидов в белых чугунах охрупчивает материалы и делает их малопригодными для производства качественных изделий. Известный способ в зависимости от химического состава сплава и технологии его производства требует значительных затрат на обработку и не всегда приводит к достижению однородности структуры. Это особенно важно, когда несовершенная структура уже сложилась в изделиях и появляется угроза отбраковки.
В основу изобретения поставлена задача усовершенствования способа термоциклической обработки многофазных деформированных железных сплавов путем оптимизации технологических параметров. Ожидаемый технический результат - получение однородной структуры с равномерно распределенной избыточной фазой, что обеспечивает высокие механические свойства обрабатываемых сплавов.
Технический результат достигается тем, что в способе термоциклической обработки многофазных деформированных железных сплавов, включающем нагрев, выдержку и охлаждение, по изобретению нагрев ведут до температуры на 50–150°С ниже температуры солидус сплава, а количество циклов нагрева (n) выбирают согласно выражению:
где Собщ – общее содержание углерода в сплаве, %;
0,8 – концентрация углерода в эвтектоиде, %;
k – коэффициент растворимости, т.е. изменение концентрации углерода в аустените при изменении температуры на 1°С, равный (1…3)·10-3%С/°С;
ΔТ – температурный интервал циклирования выше А1 (ΔТ=Тк – А1), °С;
Тк – верхняя температура цикла, равная Тсолидус – (50…150)°С;
А1 – эвтектоидная температура сплава, °С;
В – доля растворения крупных карбидов, равная 0,3…0,5.
Целесообразно число циклов принимать равным 2–10. Целесообразно многократные нагревы и охлаждения прерывать изотермической выдержкой при верхней температуре цикла. Целесообразно окончательное охлаждение проводить в воздушной, жидкой или газовой среде.
Во время деформирования сплавов с крупными карбидными частицами в последних накапливаются напряжения и деформации, повышающие энергию Гиббса и увеличивающие их растворимость. Наряду с этим скопление дислокаций в близлежащем аустените способствует зарождению и росту новых карбидных частиц, не содержащих дефектов кристаллического строения и, следовательно, обладающих пониженной энергией Гиббса. Несмотря на малые размеры, последние меньше растворимы в аустените. Длительное деформирование при высоких температурах приводит к устранению крупных карбидов и к получению однородной структуры, в которой зернистые карбиды равномерно распределены в аустените.
Трудности, возникающие при выборе путей совершенствования структуры многофазных сплавов, связаны с тем, что нагревом без оплавления нельзя полностью растворить избыточную фазу в твердом растворе. Форма, размеры и распределение кристаллов избыточной фазы незначительно меняются во время длительного пребывания сплава даже при предплавильных температурах. При нагреве до Тсолидус – (50…150)°С происходит поэтапное растворение крупных кристаллов избыточной фазы, т.е. за каждый цикл нагрева растворяется лишь часть крупных кристаллов, так что в целом за весь цикл обработки происходит замена неоднородной структуры однородной.
Предлагаемый способ термоциклической обработки повышает напряжения и деформации, приводящие к накоплению дефектов атомно–кристаллического строения. Выбор соответствующих параметров ТЦО (температура нагрева, длительность выдержки, скорость охлаждения, число термоциклов) приводит к повышению плотности дислокаций из–за различия в упругих свойствах и коэффициентах термического расширения карбидов и твердых растворов, мартенситного превращения, градиента температур и др.
Режим ТЦО включает в себя большой температурный интервал, чтобы увеличить влияние различия в упругих свойствах и коэффициентах теплового расширения фаз для повышения растворимости избыточной фазы.
Верхнюю температуру цикла (Тк) выбирают из условия, что она не должна превышать порог рекристаллизации материала избыточной фазы. В этом случае при каждом цикле нагрева возрастает плотность дефектов атомно–кристаллического строения фазы, что ведет к увеличению энергии Гиббса фазы и ее растворимости.
Нижнюю температуру цикла (Тн) выбирают с учетом критических температур полиморфных превращений. В металлических сплавах развитие сдвиговых полиморфных превращений способствует накоплению напряжений, деформации и разрушению крупных карбидных кристаллов, а также образованию дислокационных скоплений в близлежащем твердом растворе.
Для более полного растворения деформированных крупных кристаллов и образования новых кристаллов в близлежащем твердом растворе рекомендуется использовать изотермическую выдержку при верхней температуре цикла.
Число циклов нагрева и охлаждения выбирают в зависимости от конкретного химического состава сплава и предъявленных к изделию требований, согласно предлагаемому выражению. Оно лежит в пределах 2–10 циклов.
Для реализации способа заготовки, полученные литьем, или поковки нагревают до температуры на 50–150°С ниже температуры солидус и после кратковременной выдержки (10 мин) охлаждают в воздушной, жидкой или газовой среде. После охлаждения нагрев возобновляют. Для снижения скорости повторных нагревов и устранения окисления изделия следует размещать в закрытых контейнерах. Многократные нагревы и охлаждения прерывают изотермической выдержкой при верхней температуре цикла, при которой реализуется различие в плотности дефектов атомно–кристаллического строения, а следовательно, и растворимости крупных и мелких кристаллов избыточной фазы. При этом длительность изотермической выдержки не должна быть большой, чтобы избежать развития коалесценции – процесса, конкурирующего с описанными выше и ослабляющего эффективность предложенного способа ТЦО.
Пример. Исследование проводили на кованых образцах ледебуритной стали Х12 марочного состава. В исходном состоянии карбиды размещались преимущественно в виде полос с небольшим числом мелких частиц в межполосных участках. Количественно карбидную неоднородность характеризовали средними значениями длины и толщины полос, а также плотностью и размерами равноосных изолированных частиц в межполосных участках. В кованых образцах длина полос составила 0,20–0,31 мм, а толщина 0,008–0,017 мм. Термоциклическую обработку по предлагаемому способу вели по режимам 900↔20°С и 1100↔20°С, 900↔500°С и 1100↔500°С с охлаждением в воздухе и воде, и по режиму ближайшего аналога. Число циклов меняли от 2 до 15. Во всех случаях наблюдали сокращение протяженности карбидных полос и утонение их, но темп этих изменений зависел от режима ТЦО: повышение верхней температуры цикла и ускорение охлаждения способствовали развитию указанных изменений в структуре стали.
Параметры обработки и результаты испытаний представлены в таблице.
Из таблицы следует, что термоциклическая обработка многофазных деформированных железных сплавов по заявляемому способу приводит к уменьшению размеров карбидных полос, увеличению числа межполосных частиц наряду с относительно высокой твердостью при числе циклов от 2 до 10 по сравнению с ближайшим аналогом. Таким образом, ТЦО кованой стали Х12 по разработанным режимам способствует совершенствованию структуры за счет устранения карбидной полосчатости и более равномерного распределения карбидных частиц.
Claims (4)
1. Способ термоциклической обработки многофазных деформированных железных сплавов, включающий многократный нагрев, выдержку и охлаждение, отличающийся тем, что нагрев ведут до температуры на 50 - 150°С ниже температуры солидуса сплава, а количество циклов нагрева (n) выбирают согласно выражению
где Собщ - общее содержание углерода в сплаве, %;
0,8 - концентрация углерода в эвтектоиде, %;
k - коэффициент растворимости, т.е. изменение концентрации углерода в аустените при изменении температуры на 1°С, равный (1...3)·10-3%С/°С;
ΔT - температурный интервал циклирования выше А1(ΔТ=Тк-А1),°С;
Тк - верхняя температура цикла, равная Тсолидус - (50... 150)°C;
А1 - эвтектоидная температура сплава, °С;
В - доля растворения крупных карбидов, равная 0,3...0,5.
2. Способ по п.1, отличающийся тем, что число циклов принимают равным 2-10.
3. Способ по п.1, отличающийся тем, что многократные нагревы и охлаждения прерывают изотермической выдержкой при верхней температуре цикла.
4. Способ по п.1, отличающийся тем, что окончательное охлаждение проводят в воздушной, или жидкой, или газовой среде.
Applications Claiming Priority (2)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
UA2002075507 | 2002-07-04 | ||
UA2002075507 | 2002-07-04 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2241768C1 true RU2241768C1 (ru) | 2004-12-10 |
RU2003114955A RU2003114955A (ru) | 2004-12-20 |
Family
ID=34391295
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2003114955/02A RU2241768C1 (ru) | 2002-07-04 | 2003-05-21 | Способ термоциклической обработки многофазных деформированных железных сплавов |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2241768C1 (ru) |
-
2003
- 2003-05-21 RU RU2003114955/02A patent/RU2241768C1/ru not_active IP Right Cessation
Non-Patent Citations (1)
Title |
---|
Известия вузов. Черная Металлургия. - 1982, №8, с.89-91. РЖ Металлургия. Реф. 12U 1012, 1970. ФЕДЮКИН В.К. Метод термоциклической обработки металлов. - Л.: Из-во Ленинградского университета, с.134-136. * |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
Tetsui et al. | A newly developed hot worked TiAl alloy for blades and structural components | |
Zheng et al. | Precipitation of M23C6 and its effect on tensile properties of 0.3 C–20Cr–11Mn–1Mo–0.35 N steel | |
EP0184136B1 (en) | Fatigue-resistant nickel-base superalloys | |
US11718897B2 (en) | Precipitation hardenable cobalt-nickel base superalloy and article made therefrom | |
Niu et al. | Microstructure evolution, hot deformation behavior and mechanical properties of Ti-43Al-6Nb-1B alloy | |
EP0751228A1 (en) | Titanium-aluminium intermetallic compound alloy material having superior high temperature characteristics and method for producing the same | |
Kaibyshev | Grain refinement in commercial alloys due to high plastic deformations and phase transformations | |
Samantaray et al. | Microstructural evolution and mechanical properties of type 304 L stainless steel processed in semi-solid state | |
Ren et al. | Precipitation behavior of M23C6 in high nitrogen austenitic heat-resistant steel | |
JP2017503085A (ja) | ニッケル基合金、方法および使用 | |
US5662749A (en) | Supersolvus processing for tantalum-containing nickel base superalloys | |
Zhang et al. | Microstructure evolution of IN718 alloy during the delta process | |
Huang et al. | Improvement of room temperature tensile properties for Fe3Al-based alloys by thermomechanical and annealing processes | |
US4030947A (en) | Heating treatment method and system of utilizing same | |
Druker et al. | Microstructure and shape memory properties of Fe–15Mn–5Si–9Cr–5Ni melt-spun ribbons | |
Yang et al. | Deformation behavior and dynamic recrystallization mechanism of a novel high Nb containing TiAl alloy in (α+ γ) dual-phase field | |
RU2241768C1 (ru) | Способ термоциклической обработки многофазных деформированных железных сплавов | |
Campo et al. | Exploring the Ti-5553 phase transformations utilizing in-situ high-temperature laser-scanning confocal microscopy | |
Wu et al. | Precipitation behavior of carbides in a low-carbon NiCoFeCr high-entropy alloy at 800 C | |
Nageswara Rao et al. | Hot deformation of 18% Ni maraging steels: a review | |
Singh et al. | Recrystallization behavior of cold rolled alloy 718 | |
RU2738870C1 (ru) | Способ термической обработки заготовок из быстрорежущей стали | |
Reed et al. | P/M alloy 10–a 700° C capable nickel-based superalloy for turbine disk applications | |
JP6185347B2 (ja) | Ni基超耐熱合金の分塊用中間素材及びその製造方法、Ni基超耐熱合金の製造方法 | |
Zhang et al. | Fine grained fully lamellar structure acquisition and microstructure characteristics of Ti-44Al-4Nb-4V-0.3 Mo-Y alloy |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20090522 |