RU2821129C1 - Способ термомагнитной обработки цилиндрических изделий из аустенитных и мартенситных сталей - Google Patents
Способ термомагнитной обработки цилиндрических изделий из аустенитных и мартенситных сталей Download PDFInfo
- Publication number
- RU2821129C1 RU2821129C1 RU2023133343A RU2023133343A RU2821129C1 RU 2821129 C1 RU2821129 C1 RU 2821129C1 RU 2023133343 A RU2023133343 A RU 2023133343A RU 2023133343 A RU2023133343 A RU 2023133343A RU 2821129 C1 RU2821129 C1 RU 2821129C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- magnetic field
- temperature
- articles
- austenitic
- exposure
- Prior art date
Links
- 229910000831 Steel Inorganic materials 0.000 title claims abstract description 51
- 239000010959 steel Substances 0.000 title claims abstract description 51
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 19
- 229910000734 martensite Inorganic materials 0.000 title claims abstract description 12
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 claims abstract description 25
- 238000001816 cooling Methods 0.000 claims description 10
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract description 4
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract description 2
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 abstract description 2
- 238000010791 quenching Methods 0.000 abstract 1
- 230000000171 quenching effect Effects 0.000 abstract 1
- 238000012360 testing method Methods 0.000 description 11
- 230000006698 induction Effects 0.000 description 8
- 230000010287 polarization Effects 0.000 description 6
- 229910000997 High-speed steel Inorganic materials 0.000 description 4
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 3
- 238000005275 alloying Methods 0.000 description 2
- 238000005260 corrosion Methods 0.000 description 2
- 230000007797 corrosion Effects 0.000 description 2
- 238000009792 diffusion process Methods 0.000 description 2
- 238000005265 energy consumption Methods 0.000 description 2
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 2
- 229910001349 ledeburite Inorganic materials 0.000 description 2
- 230000005415 magnetization Effects 0.000 description 2
- 238000011089 mechanical engineering Methods 0.000 description 2
- 238000009862 microstructural analysis Methods 0.000 description 2
- 238000005496 tempering Methods 0.000 description 2
- 230000009466 transformation Effects 0.000 description 2
- 238000000844 transformation Methods 0.000 description 2
- 238000009827 uniform distribution Methods 0.000 description 2
- 229910000859 α-Fe Inorganic materials 0.000 description 2
- 229910001315 Tool steel Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910045601 alloy Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000000956 alloy Substances 0.000 description 1
- 239000011248 coating agent Substances 0.000 description 1
- 238000000576 coating method Methods 0.000 description 1
- 238000002848 electrochemical method Methods 0.000 description 1
- 230000002427 irreversible effect Effects 0.000 description 1
- 229910001562 pearlite Inorganic materials 0.000 description 1
Abstract
Изобретение относится к области машиностроения и предназначено для повышения эксплуатационных характеристик изделий (заготовок), изготовленных из аустенитных и мартенситных сталей. Преимущественной областью использования изобретения являются конструкции и оборудование, эксплуатируемые в нефтегазовой отрасли при добыче и переработке нефти и газа. Способ термомагнитной обработки цилиндрических изделий из аустенитных и мартенситных сталей включает проведение термической обработки изделий путем предварительного нагрева до температуры 900-1500°C с последующей изотермической выдержкой, затем проводят охлаждение изделий до температуры 450-550°С на воздухе при одновременном воздействии постоянным магнитным полем с напряженностью магнитного поля не менее 19,6×106 А/м, после чего прекращают воздействие постоянным магнитным полем и осуществляют полное охлаждение изделий на воздухе, при этом изотермическую выдержку проводят в течение времени, определяемого по следующей формуле:
,
где t - время выдержки, мин; d - максимальный диаметральный размер изделия, мм; Vпрок - скорость закалки стали, мм/мин; °t - температура нагрева, °С; Тпрог - скорость сквозного прогрева изделия до заданной температуры, °С/мин. Технический результат заключается в улучшении эксплуатационных характеристик изделий (заготовок) сталей мартенситного и аустенитного классов. 2 пр., 2 табл.
Description
Изобретение относится к области машиностроения и предназначено для повышения эксплуатационных характеристик изделий (заготовок), изготовленных из аустенитных и мартенситных сталей.
Преимущественной областью использования изобретения являются конструкции и оборудование, эксплуатируемые в нефтегазовой отрасли при добыче и переработке нефти и газа.
Известен способ термомагнитной обработки изделий из инструментальной быстрорежущей стали (RU 2377317, 27.12.2009), включающий термомагнитную обработку быстрорежущей стали при температуре 20°С циклически с напряженностью не менее 7,5×105 А/м и с выдержкой в каждом цикле 2 минуты.
Известен способ термической обработки быстрорежущих сталей, включающий закалку от 1210 до 1290°C с выдержкой 2-5 минут в присутствии постоянного магнитного поля напряженностью 1440 кА/м или 1760 кА/м и охлаждение в масле, однократный отпуск при 540-560°C с выдержкой 1 час и охлаждением в присутствии магнитного поля. [Бернштейн М.Л., Пустовойт В.Н. Термическая обработка стальных изделий в магнитном поле. - М.: Машиностроение, 1987, с. 94-116.].
Также известен способ термомагнитной обработки изделий из легированной штамповой стали (RU 2383630, 28.10.2008), включающий магнитной обработку в постоянном магнитном поле с напряженностью не менее 16,9×103 А/м при температуре 20°C с количеством циклов не менее трех и с выдержкой в каждом цикле 2 мин.
Недостатком всех вышеописанных способов является то, что они обеспечивают повышение эксплуатационных характеристик изделий и возможность улучшения структуры только для сталей ледебуритного класса и не обеспечивают достижение полученных характеристик для структур других классов сталей в нормализованном состоянии.
Их известных технических решений наиболее близким к предлагаемому является способ термомагнитной обработки изделий из инструментальной быстрорежущей стали, включающий термическую обработку, нагрев до 540-580°С, выдержку и охлаждение в постоянном магнитном поле, при этом после термической обработки на поверхность изделия наносят алмазоподобное покрытие, в качестве магнитного поля используют продольное магнитное поле напряженностью не менее 70 кА/м, а время выдержки при нагреве выбирают в зависимости от габаритных параметров изделия в пределах 0,25-1,25 ч., при этом термическая обработка включает закалку от 1210 до 1290°C с выдержкой 2-3 мин, охлаждение в масле, двухкратный или трехкратный отпуск при 540-580°С с выдержкой 1 ч и охлаждением на воздухе. (RU 2273670, 10.04.06.).
Известный способ термомагнитной обработки изделий из инструментальной быстрорежущей стали позволяет без изменения химического состава стали получить номенклатурные изделия с улучшенными физико-механических свойствами, более устойчивыми к эксплуатационным воздействиям.
Однако он так же, как и вышеописанные способы, обеспечивает достижение повышенных эксплуатационных характеристик изделий и возможность улучшения их структуры только для сталей ледебуритного класса.
Указанное ограничение обусловлено, тем, что известные способы не учитывают особенностей структурных характеристик сталей.
Технической проблемой, решаемой настоящим изобретением, является улучшение эксплуатационных характеристик изделий (заготовок) сталей мартенситного и аустенитного классов.
Указанная проблема решается тем, что способ термомагнитной обработки цилиндрических изделий из аустенитных и мартенситных сталей заключается в том, что проводят термическую обработку изделий путем предварительного нагрева до температуры на 900-1500°C с последующей изотермической выдержкой, затем проводят охлаждение изделий до температуры 450-550°С на воздухе при одновременном воздействии постоянным магнитным полем с напряженностью магнитного поля не менее 19,6×106 А/м, после чего прекращают воздействие постоянным магнитным полем и осуществляют полное охлаждение изделий на воздухе, при этом изотермическую выдержку проводят в течение времени, определяемого по следующей формуле:
где: t - время выдержки, мин.
d - максимальный диаметральный размер изделия, мм.
Vпрок - скорость закалки стали, мм/мин.
°t - температура нагрева, °С.
Tпрог - скорость сквозного прогрева изделия до заданной температуры, °С/мин.
Достигаемый технический результат заключается в обеспечении протекания перераспределения легирующих элементов при реализации диффузионных процессов за счет оптимизации параметров термомагнитной обработки изделий и учета габаритных размеров обрабатываемых изделий.
Сущность изобретения заключается в проведении термической обработки сталей при наложении внешнего постоянного магнитного поля.
С учетом химического состава стали на этапе нагрева необходимо обеспечить для аустенитного и мартенситного класса сталей, не имеющих полиморфных превращений, интенсификацию процесса диффузии легирующих элементов, для чего сталь нагревают до температуры в диапазоне от 900 до 1050°С.
После нагрева изделие (заготовку) подвергают изотермической выдержке, длительность которой определяют по следующей формуле:
где: t - время выдержки, мин.
d - максимальный диаметральный размер изделия, мм.
Vпрок - скорость закалки стали, мм/мин.
°t - температура нагрева, °С.
Tпрог - скорость сквозного прогрева изделия до заданной температуры, °С/мин.
Скорость закалки стали и скорость сквозного прогрева изделия до заданной температуры определяются для каждого класса стали индивидуально и зависят от химического состава, критической температуры нагрева и объема детали.
После изотермической выдержки изделие (заготовку) охлаждают до температуры 450-550°С при одновременном воздействии постоянным магнитным полем с напряженностью магнитного поля не менее 19,6×106 А/м. Затем прекращают воздействие постоянным магнитным полем и осуществляют полное охлаждение изделия на воздухе.
Эффект от представленной термомагнитной обработки является необратимым.
Ниже приведены примеры реализации предлагаемого способа.
Пример 1
Обработке подвергалось изделие из мартенситной стали 30Х13Г8Ф.
Для данного класса стали скорость закалки стали и скорость сквозного прогрева до заданной температуры получены эмпирическим путем и составляют, соответственно, 1,5 мм/мин и 130°С/мин.
Цилиндрические образцы стали диаметром 12 мм и длиной 60 мм были нагреты в печи до 1050°С, время выдержки рассчитано по формуле:
Затем один из образцов был охлажден на воздухе и не подвергался обработке, а второй был помещен в постоянное магнитное поле с величиной магнитной индукции 19,6×106 А/ми охлаждался в магнитном поле до температуры 550°C с последующим полным охлаждением на воздухе.
Результаты испытаний образцов:
- на изнашивание сталь по стали по схеме палец-диск,
- определение тока коррозии электрохимическим методом в среде с величиной рН 3 при температуре 25°С,
- испытаний образцов на ударную вязкость при температуре 20°С
Результаты испытаний представлены в таблице 1.
На основании результатов испытаний после термомагнитной обработки по предлагаемому способу износостойкость сталей выросла на 60%, поляризационное сопротивление повысилось на 87%, а ударная вязкость повысилась на 3% по сравнению с теми же показателями без обработки.
По сравнению с известной технологией по прототипу показатели изменились следующим образом: износостойкость сталей повысилась на 73%, поляризационное сопротивление на 84%, а ударная вязкость на 6%.
Пример 2.
Обработке подвергалось изделие из аустенитной стали 12Х18Н9Т.
Для данного класса стали скорость закалки стали и скорость сквозного прогрева до заданной температуры получены эмпирическим путем и составляют, соответственно, 1,3 мм/мин и 125°С/мин.
Цилиндрические образцы стали диаметром 12 мм и длиной 60 мм были нагреты в печи до 900°С, время выдержки рассчитано по формуле:
Затем один из образцов охлажден на воздухе и не подвергался обработке, а второй был помещен в постоянное магнитное поле с величиной магнитной индукции 19,6×106 А/ми охлаждался в магнитном поле до температуры 450°C с последующим полным охлаждением на воздухе.
После проведенной обработки образцы подвергались испытаниям на изнашивание сталь по стали по схеме палец-диск, выдерживались в коррозионной среде с величиной рН 3 при температуре 25°С для определения скорости коррозии, а также испытывались на ударную вязкость при температуре 20°С.
На основании данных результатов видно, что по сравнению с теми же показателями без обработки износостойкость стали выросла на 16%, поляризационное сопротивление повысилось на 5%, а ударная вязкость осталась практически одинаковой.
По сравнению с известной технологией по прототипу свойства изменились следующим образом: износостойкость сталей повысилась на 33%, поляризационное сопротивление на 3%, а ударная вязкость на 7%
Полученные результаты свидетельствуют о том, что предлагаемый способ позволяет улучшить эксплуатационные характеристики изделий (заготовок), сталей мартенситного и аустенитного классов за счет оптимизации параметров термомагнитной обработки, обеспечивающей влияние на ход и характер структурно-фазовых превращений, протекающих в стали.
Дополнительные сведения к изобретению
«Способ термомагнитной обработки цилиндрических изделий из аустенитных и мартенситных сталей»
Пример 1. Обработке подвергалось изделие из феррито-перлитной стали 45.
Для данного класса стали скорость закалки стали и скорость сквозного прогрева до заданной температуры получены эмпирическим путем и составляют, соответственно, 1,2 мм/мин и 135°С/мин.
Цилиндрические образцы стали диаметром 12 мм и длиной 60 мм были нагреты в печи до 800°С, время выдержки рассчитано по формуле:
Затем один из образцов был охлажден на воздухе и не подвергался обработке, а второй был помещен в постоянное магнитное поле с величиной магнитной индукции 30×106 А/м, а третий в постоянное магнитное поле с величиной магнитной индукции 45×106 А/м и охлаждался в магнитном поле до температуры 500°C с последующим полным охлаждением на воздухе.
После проведенной обработки все образцы подвергались испытаниям на ударную вязкость и микроструктурному анализу. В результате произошло равномерное распределение ферритной фазы по сечению детали.
Результаты испытаний образцов представлены в таблице 1.
На основании результатов испытаний после термомагнитной обработки по предлагаемому способу с иной величиной магнитной индукции в 30×106 А/м и 45×106 А/м значения износостойкости, поляризационного сопротивления и ударной вязкости поменялась незначительно, однако расходы электроэнергии на создание требуемой намагниченности выросла на 30%, что является негативным фактором.
Пример 2
Обработке подвергалось изделие из ферритной стали 0Н9.
Для данного класса стали скорость закалки стали и скорость сквозного прогрева до заданной температуры получены эмпирическим путем и составляют 1,3 мм/мин и 130°С/мин соответственно.
Цилиндрические образцы стали диаметром 12 мм и длиной 60 мм были нагреты в печи до 900°С, время выдержки рассчитано по формуле:
Затем один из образцов был охлажден на воздухе и не подвергался обработке, а второй был помещен в постоянное магнитное поле с величиной магнитной индукции 30×106 А/м, а третий в постоянное магнитное поле с величиной магнитной индукции 45×106 А/м и охлаждался в магнитном поле до температуры 500°C с последующим полным охлаждением на воздухе.
После проведенной обработки все образцы подвергались испытаниям на ударную вязкость и микроструктурному анализу. В результате произошло равномерное распределение ферритной фазы по сечению детали.
Результаты испытаний образцов представлены в таблице 2.
На основании результатов испытаний после термомагнитной обработки по предлагаемому способу с иной величиной магнитной индукции в 30×106 А/м и 45×106 А/м значения износостойкости, поляризационного сопротивления и ударной вязкости поменялись незначительно, однако расходы электроэнергии на создание требуемой намагниченности выросли на 30%, что является негативным фактором.
Claims (7)
- Способ термомагнитной обработки цилиндрических изделий из аустенитных и мартенситных сталей, заключающийся в том, что проводят термическую обработку изделий путем предварительного нагрева до температуры 900-1500°C с последующей изотермической выдержкой, затем проводят охлаждение изделий до температуры 450-550°С на воздухе при одновременном воздействии постоянным магнитным полем с напряженностью магнитного поля не менее 19,6×106 А/м, после чего прекращают воздействие постоянным магнитным полем и осуществляют полное охлаждение изделий на воздухе, при этом изотермическую выдержку проводят в течение времени, определяемого по следующей формуле:
- ,
- где t - время выдержки, мин;
- d - максимальный диаметральный размер изделия, мм;
- Vпрок - скорость закалки стали, мм/мин;
- °t - температура нагрева, °С;
- Tпрог - скорость сквозного прогрева изделия до заданной температуры, °С/мин.
Related Parent Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2023117137A Division RU2817275C1 (ru) | 2023-06-29 | Способ термомагнитной обработки изделий из стали |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2821129C1 true RU2821129C1 (ru) | 2024-06-17 |
Family
ID=
Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| SU141169A1 (ru) * | 1960-11-15 | 1960-11-30 | М.Л. Бернштейн | Способ термомагнитной обработки машиностроительной стали |
| SU407962A1 (ru) * | 1972-04-29 | 1973-12-10 | Краматорский научно исследовательский , проектно технологический институт машиностроени | Способ термической обработки изделий |
| RU2273670C1 (ru) * | 2004-12-09 | 2006-04-10 | Владимир Иванович Пудов | Способ термомагнитной обработки изделий из инструментальной быстрорежущей стали |
| RU2383630C1 (ru) * | 2008-10-28 | 2010-03-10 | Федеральное государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Сибирский федеральный университет" | Способ термомагнитной обработки изделий из легированной штамповой стали |
| WO2016046637A1 (en) * | 2014-09-22 | 2016-03-31 | Magna International Inc. | Method for producing a structural component including a thermomagnetic tempering process yielding localized soft zones |
Patent Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| SU141169A1 (ru) * | 1960-11-15 | 1960-11-30 | М.Л. Бернштейн | Способ термомагнитной обработки машиностроительной стали |
| SU407962A1 (ru) * | 1972-04-29 | 1973-12-10 | Краматорский научно исследовательский , проектно технологический институт машиностроени | Способ термической обработки изделий |
| RU2273670C1 (ru) * | 2004-12-09 | 2006-04-10 | Владимир Иванович Пудов | Способ термомагнитной обработки изделий из инструментальной быстрорежущей стали |
| RU2383630C1 (ru) * | 2008-10-28 | 2010-03-10 | Федеральное государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Сибирский федеральный университет" | Способ термомагнитной обработки изделий из легированной штамповой стали |
| WO2016046637A1 (en) * | 2014-09-22 | 2016-03-31 | Magna International Inc. | Method for producing a structural component including a thermomagnetic tempering process yielding localized soft zones |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN108842042B (zh) | 一种合金钢热处理方法、合金钢晶界显示方法 | |
| Kandpal et al. | Effect of heat treatment on properties and microstructure of steels | |
| Tukur et al. | Effect of tempering temperature on mechanical properties of medium carbon steel | |
| Milenin et al. | Modelling and optimization of the manufacturing chain for rails | |
| Bazhin et al. | Influence of heat treatment on the microstructure of steel coils of a heating tube furnace | |
| Damon et al. | Short-time induction heat treatment of high speed steel AISI M2: Laboratory proof of concept and application-related component tests | |
| RU2821129C1 (ru) | Способ термомагнитной обработки цилиндрических изделий из аустенитных и мартенситных сталей | |
| Wale et al. | Effect of cryogenic treatment on mechanical properties of cold work tool steels | |
| CN109022728A (zh) | 一种亚稳态奥氏体不锈钢的高温淬火-深过冷-低温配分热处理方法及不锈钢 | |
| RU2817275C1 (ru) | Способ термомагнитной обработки изделий из стали | |
| Abubaker et al. | Investigation Of The Effect Of Temperature And Time Of Case Hardening On The Mechanical Properties And Microstructure Of Low Carbon Steel (AISI 1020) | |
| Matlock et al. | Surface modification to enhance fatigue performance of steel: Applications of deep rolling | |
| Oevermann et al. | Materials and process engineering aspects of warm deep rolling | |
| Wiewiórowska et al. | The assessment of the structure and properties of high-carbon steel wires after the process of patenting with induction heating | |
| Chandran et al. | Effect of the heat-treatment process on the mechanical and microstructure properties of EN8 steel | |
| Phi et al. | Solution for heat treatment in quenching process of S45C steel small diameter machine parts having strong texture | |
| RU2383630C1 (ru) | Способ термомагнитной обработки изделий из легированной штамповой стали | |
| Skubisz et al. | Warm-forging characteristics and microstructural response of medium-carbon high-strength steels for high-duty components | |
| RU2787279C1 (ru) | Способ получения упрочненных цилиндрических заготовок из нержавеющей стали аустенитного класса | |
| BORDEASU et al. | Cavitation erosion behavior of the steel 17CrNiMo6 | |
| Boonluang | The effect of shaft diameter on hardness distribution and case harden depth of AISI4130 alloy steel after quenching | |
| Maminska et al. | A new bainitic forging steel for surface induction hardened components | |
| Eggbauer et al. | Optimized cooling strategies for bainitic forging steels | |
| Tanwar et al. | Investigation of the Effects of Heat Treatment Processes on Hardness with respect to Strength for High Carbon Steel (D3 tool stel) | |
| Yang et al. | The Optimization of Spheroidizing Heat Treatment Parameters on SCM440 Alloy Steel Wires Using Taguchi Robust Design |