SU1135779A1

SU1135779A1 - Method for thermochanical treatment of metal products

Info

Publication number: SU1135779A1
Application number: SU823432078A
Authority: SU
Inventors: Сергей Иосифович Соболевский; Виктор Потапович Колпак
Original assignee: Днепропетровский Металлургический Институт
Priority date: 1982-05-05
Filing date: 1982-05-05
Publication date: 1985-01-23

Abstract

1. СПОСОБ ТЕРМОМЕХАНИЧЕСКОЙ ОБРАБОТКИ .МЕТАЛЛИЧЕСКИХ ИЗДЕЛИЙ, преимущественно чугуна, включающий нагрев трением в интервале А, температура солидуса при одновременном механическом давлении инструмента и охлаждение, отли«чающийс тем, что, с целью повышени износостойкости путем получени в поверхностном слое структуры аустенита с равномерно распределенными карбидами, нагрев и охлаждение производ т циклически , при этом в каждом цикле температуру контактной зоны повышают на 30-65 0, охлаждение ведут до 600500 С , а давление на инструмент увеличивают на 0,4-0,6 МПа. 2.Способ по п.1,отличающий с тем, что давление инструментом продолжают в процессе охлаждени . 3.Способ по ПП.1 и 2, отличающийс тем, что суммарное давление осуществл ют в пределах 4-8 МПа. (Л 4.Способ по ПП.1,. 2 и 3, о т л ичающийс тем, что количество циклов составл ет 5-10.1. METHOD OF THERMOMECHANICAL TREATMENT OF METAL PRODUCTS, mainly of cast iron, including heating by friction in the interval A, solidus temperature with simultaneous mechanical pressure of the tool and cooling, in order to improve wear resistance by obtaining a austenite structure in the surface layer with uniformly distributed carbides, heating and cooling are performed cyclically, with in each cycle the temperature of the contact zone is increased by 30-65 0, cooling is carried out to 600500 C, and the pressure on the tool t is increased by 0.4-0.6 MPa. 2. A method according to claim 1, characterized in that the pressure is continued by the tool during the cooling process. 3. Method according to Claims 1 and 2, characterized in that the total pressure is carried out in the range of 4-8 MPa. (L 4. Method according to Claims 1, 2 and 3, that is, the number of cycles is 5-10.

Description

ел vi ate vi

Изобретение относитс к способам термомеханической обработки металлических изделий и может быть использовано при обработке штампового инструмента .SThe invention relates to methods for thermomechanical processing of metal products and can be used in the processing of die tools .S

Известен способ термообработки изделий из высокохромистых чугунов типа ИЧХ12М, включакмций, многократную Закалку (нормализацию при последовательном увеличении температуры на- О грева под каждую последукщую закалку. Температура повьшаетс следующим об .разом: первую закалку ведут с 750 С, вторую - с 850°С, третью - с 950°С. В результате такой обработки струк- 5 тура чугуна представл ет собой матрицу в виде мартенсита и карбидов типа l.The known method of heat treatment of products from high-chromium cast irons of ICH12M type, inclusive, repeated quenching (normalization with successive increase of the heating temperature for each subsequent quenching. The temperature is increased as follows: the first quenching is conducted from 750 ° C, the second from 850 ° C, the third — from 950 ° C. As a result of this treatment, the structure of the cast iron is a matrix in the form of martensite and type l carbides.

Однако в результате такой обработки невозможно получить структуру, 20 соответствующую требовани м, предъ вл емым к структуре материалов дл работы в услови х треник- и изнашивани . Износостойкаш структура должна состо ть из в зкой матрицы с равно- 25 мерно распределенными карбидами равноосной формы. МартеИситна структура довольно хрупкай и чугуны с подобной структурой плохо работают в услови х ударного нагружени . зоHowever, as a result of this treatment, it is impossible to obtain a structure that corresponds to the requirements imposed on the structure of materials for working under training and wear conditions. The wear-resistant structure should consist of a viscous matrix with uniformly distributed equiaxial carbides. The maritime structure is rather fragile and cast iron with a similar structure does not work well under shock loading conditions. zo

Наиболее близким к изобретению по тегнической сущности и достигаемому результату вл етс способ nor верхностной термомеханической обработки стали с содержанием углерода 0,6%, включающий нагрев трением при давлении 700-900 кгс/мм со скоростью ) с последующим охлаждением со скоростью (3-5)х10 С, В результате обработки на поверхнос- Q ти детали формируетс ферритно-перлитна структура с высокой плотностью . дислокаций, зафиксировав которую резким охлаждением получают поверхностный слой с высокой твердостью и из- 45 носостойкостью 2J.The closest to the invention in terms of the tegnaic essence and the achieved result is the method of nor surface thermo-mechanical treatment of steel with a carbon content of 0.6%, including heating by friction at a pressure of 700-900 kgf / mm at a speed) followed by cooling at a speed (3-5) x10 ° C. As a result of processing, a high-density ferritic-pearlite structure is formed on the surface of the Q-part. dislocations, fixing which by rapid cooling get a surface layer with high hardness and wear resistance 2J.

Гор ченаклепанное состо ние фер- ритно-перлитной структуры не может обеспечить надежную работу упрочненных изделий в услови х ударных нагру- жений, поскольку повьшенна плот/А (0The hot-glued state of the ferrite-pearlite structure cannot ensure reliable operation of the strengthened products under shock loading conditions, since the raft / A (0

ность дислокаций 10-10 см / в сочетании с последунлцим резким охлаж дениен ведут, в известной степени, к повышению хрупкости и недостаточ- 55 ной износостойкости. Высокие удельные давлени , примен емые в известном способе, могут привести к массо«The dislocation capacity of 10–10 cm /, in combination with the subsequent sharp cooling, leads, to a certain extent, to an increase in brittleness and insufficient wear resistance. The high specific pressures used in the prior art method can lead to a massive "

переносу в зоне контактного трени , по влению задиров и т.д., что снижает качество обрабатываемой поверхности .transfer in the area of contact friction, scoring, etc., which reduces the quality of the treated surface.

Цель изобретени - повьщ1ение износостойкости путем получени в поверхностном слое структуры аустенита с равномерно распределенными карбидами .The purpose of the invention is to increase wear resistance by producing in the surface layer an austenite structure with uniformly distributed carbides.

Поставленна цель достигаетс тем что согласно способу термомеханической обработки металлических изделий, преимущественно чугуна, включающему нагрев трением в интервале - температура солидуса при одновременном механическом давлении инструмента и (Охлаждение, нагрев и охлаждение производ т циклически, при этом в каждом цикле температуру контактной зоны повышают на 30-6.5 С, охлаждение ведут до 600-500°С, а давление на инструмент увеличивают на 0,4- 0,6 МПа.The goal is achieved by the method of thermomechanical processing of metal products, mainly cast iron, including heating by friction in the interval — solidus temperature with simultaneous mechanical pressure of the tool and (Cooling, heating and cooling are performed cyclically, while in each cycle the temperature of the contact zone is increased by 30 -6.5 С, cooling is carried out up to 600-500 ° С, and the pressure on the instrument is increased by 0.4-0.6 MPa.

Давление инструментом продолжают в процессе охлаждени . ..The pressure of the tool is continued during the cooling process. ..

Суммарное давление осуществл ют в пределах 4-8 МПа.The total pressure is carried out in the range of 4-8 MPa.

Количество циклов составл ет 5-10The number of cycles is 5-10.

Сущность способа состоит в следующем .The essence of the method is as follows.

Обрабатываемый инструмент (деталь зажимают в специальном патроне и йрижимают к вращающемус со скоростью 2м/с ролику из стали Ст.З. Нагрев инструмента производ т за счет тепла трени до 740-1150 С. Обработку провод т при ступенчатом увеличении температуры с щагом 30-6З С. Давление инструмента на вращающийс ролик увеличивают с шагом 0,4-0,6 МПа в пределах 4-8 МПа.The tool to be processed (the part is clamped in a special cartridge and driven to a rotating roller at a speed of 2 m / s. Roller made of steel. 3. The tool is heated by frictional heat to 740-1150 ° C. Processing is carried out with a stepwise temperature increase with 30-6Z C. The pressure of the tool on the rotating roller is increased in increments of 0.4-0.6 MPa within 4-8 MPa.

По достижении необходимой температуры поверхностным слоем обрабатываемой детали, наход щейс под давлением , в зону трени подают порцию (Рц Q 0,075 МПа), что приводит к охлаждению упрочн емого сло до 500-600с. Обработку повтор ют 5-10 раз.Upon reaching the required temperature, the surface layer of the workpiece, which is under pressure, is fed into the friction zone a portion (Рц Q 0.075 MPa), which leads to cooling of the hardening layer to 500-600s. The treatment is repeated 5-10 times.

При определенных параметрах трени создаютс услови дл структурнотермической активации поверхностного сло , привод щего к значительному увеличению диффузионной поверхности, атомов и сокращению времени обработки . Использование трени необходимо дл термомеханического воздействи на поверхность обрабатываемой деталиUnder certain friction parameters, conditions are created for the structural-thermal activation of the surface layer, leading to a significant increase in the diffusion surface, atoms and a reduction in the processing time. The use of friction is necessary for the thermomechanical effect on the surface of the workpiece.

которое приводит к дроблению хрупкой составл юн1ей половинчатого чугуна карбидов () и механическому наклепу аустенита в нагретом состо нии.which leads to the fragmentation of the fragile part of the half-iron of carbides () and the mechanical cold working of austenite in the heated state.

При удельных давлени х менее 4 МПа -не происходит -активаци поверхностных слоев обрабатываемой детали и скорость структурных изменений невелика из-за малой диффузионной подвижности атомов. При давлени х, меньших 4 Ша, достичь температуры фазовых превращений не удаетс и чугун остаетс в области существовани феррита и цементита графита). Таким образом при использовании давлений, меньших 4 МПа, не реализуютс физические основы , заложенные при проектировании предлагаемого способа термической обработки чугуна, т.е. не осуществл етс термический и механический наклеп аустенита, так как матрица чугуна не переходит в аустенитное состо ние. Повышение удельного давлени свыше 8 МПа приводит к схватыванию трущихс поверхностей и переносу материала /контртела на обрабатываемый чугун. Если увеличить давлениес шагом , меньшим 0,4 МПа (0,1-0,2 МПа) , то дл достижени условий структурнотермической активации при трении, при которой константы диффузии увеличиваютс на 5-10 пор дков, необходимы большие временные затраты. Если увеличить давление с большим шагом (0,8-1,0 МПа и более), то при повышенных давлени х (6-7 МПа) температура контактной зонь1 после очередного цикла охлаждени настолько быст ро увеличиваетс , что контроль темпе ратуры методически осуществить не- возможно.At specific pressures less than 4 MPa, there is no activation of the surface layers of the workpiece and the rate of structural changes is small due to the low diffusion mobility of the atoms. At pressures lower than 4 Sh, the temperature of phase transformations cannot be reached and the cast iron remains in the region of the existence of ferrite and graphite cementite). Thus, using pressures lower than 4 MPa, the physical fundamentals laid down in the design of the proposed method of heat treatment of cast iron, i.e. thermal and mechanical hardening of austenite is not carried out, since the cast iron matrix does not go into the austenitic state. An increase in the specific pressure of more than 8 MPa causes the hardening of the rubbing surfaces and the transfer of the material / counterbody to the cast iron being processed. If the pressure is increased with a step smaller than 0.4 MPa (0.1-0.2 MPa), then in order to achieve the conditions of structural-thermal activation under friction, at which the diffusion constants increase by 5-10 orders of magnitude, greater time is required. If the pressure is increased with a large step (0.8–1.0 MPa or more), then at elevated pressures (6–7 MPa), the temperature of the contact zone1 after the next cooling cycle increases so rapidly that temperature control is methodically carried out possibly.

Повьш1ение контролируемой температуры приповерхностного сло свыше привадит к сильному разогреву поверхностного сло и потере прочности (происходит осадка обрабатываемого материала). При давлении 4 МПа и достижении температуры приповерхностного сло обрабатываемой детали, наход щейс под давлением, 740 С в зону трени подаетс порци воды (РН О МПа), что приводит к охлаждению рабочего сло до 500- 600°С.Increasing the controlled temperature of the surface layer more than leads to a strong heating of the surface layer and loss of strength (the processed material is precipitated). With a pressure of 4 MPa and reaching the temperature of the surface layer of the workpiece under pressure, 740 ° C, a portion of water (PH O MPa) is supplied to the friction zone, which leads to cooling of the working layer to 500-600 ° C.

Охлаждение поверхностного сло до температур ниже 500 С приводит к получению структуры со значительными остаточными напр жени ми, дл сн ти Cooling the surface layer to temperatures below 500 ° C results in a structure with significant residual stresses, to remove

которых необходимы термические выдержки . В противном случае остаточные напр жени , сосредоточенные в тон ких поверхностных сло х обрабатываемого издели , будут приводить к быст- рому разрушению этого сло и уменьшению износостойкости обрабатываемого материала. При остановке процесса охлаждени выше не обеспечиваетс термический.наклеп переохлажденного аустенита. В этом случае необходимо увеличивать удельное давление при обработке дл увеличени механического наклепа. Если охлаждение поверхностного сло после подачи охладител прервать при 650-680°С, то это приводит в конечном итоге к падению твердости поверхности обрабатывав мой детали и снижению износостойкости . Давление, в течение всей обработки не снимаетс , а охлаждение инструмента происходит с помощью воды, ПОлдаваемой в зону контакта. В противном случае при сн тии давлени происходило бы дополнительное охлаждение поверхностного сло и подача охладител в зону контакта не имела бы смысла. Если же охлаждение приповерхностного сло происходит лишь путем сн ти при прилагаемой нагрузки, то скорость охлаждени в этом случае будет недостаточной дл получени желаемого эффекта. Совмещение охлаждени поверхностного сло водой и сн тием нагрузки приводит к настолько интенсивному отводу тепла, что осуществить контроль температуры охлаждени поверхностного сло (500-600°С невозможно. При реализации такой схемы охлаждени (совместное охлаждение водой и за счет сн ти нагрузки во врем трени в приповерхностном слое обрабатываемого издели происход т фазовые превращени .(распад аустенита), что приводит к потере износостойкости.which requires thermal aging. Otherwise, residual stresses concentrated in thin surface layers of the product being processed will lead to a rapid destruction of this layer and a decrease in the wear resistance of the material being processed. When the cooling process is stopped above, no thermal overshoot of the overcooled austenite is provided. In this case, it is necessary to increase the specific pressure during processing to increase the mechanical work hardening. If the cooling of the surface layer after the supply of the cooler is interrupted at 650-680 ° C, then this ultimately leads to a drop in the surface hardness of the machined part and a decrease in wear resistance. The pressure during the entire treatment is not relieved, and the cooling of the tool takes place with the help of water flowing into the contact zone. Otherwise, if the pressure was removed, additional cooling of the surface layer would occur and the supply of a coolant to the contact zone would not make sense. If, on the other hand, the cooling of the surface layer occurs only by removing it with the applied load, then the cooling rate in this case will not be sufficient to obtain the desired effect. Combining the cooling of the surface layer with water and relieving the load leads to such intense heat removal that it is impossible to control the temperature of the cooling of the surface layer (500-600 ° C). With this cooling scheme (combined cooling with water and due to the removal of the load during friction) near the surface layer of the product being processed, phase transformations occur (decomposition of austenite), which leads to a loss of wear resistance.

Применение более 10 циклов нагре охлаждение не рационально, так как при большем количестве циклов износостойкость чугуна практически не из мен етс из-за того, что, веро тно, аустенитна матрица в процессе предыдущих циклов набрала оптимальную плотность дислокаций, увеличение или уменьшение которой не способствует повышению износостойкости.The use of more than 10 cycles of heat cooling is not rational, since with a larger number of cycles, the wear resistance of cast iron practically does not change due to the fact that the austenitic matrix is likely to gain optimum density of dislocations during previous cycles. wear resistance.

Пример. Провод т обработку по предлагаемому и известному спо-Example. The treatment is carried out according to the proposed and known method

собам на машине трени по схеме ролик - колодка.Sobam on the machine training on the scheme roller - block.

Обрабатываемое изделие (колодка из половинчатого чугуна состава: С 3,84; Si 2,11; Мп 3,4; Сг 2,2; S 0,054j Р 0,046; HRC 46,5) прижимаетс к вращающемус со скоростью 2 м/с ролика из Ст.З. Нагрев чугуна провод т за счет тепла трени . Обработку провод т по режимам, приведенным в таблице. Равномерность распределени карбидов в структуре оцениваетс путем подсчета количества карбидов в 10 произвольных объемах размером 2x2 мм) микрошлифа издели до и после обработки. Проведенные подсчеты показьшают, что если до обработки в некоторых микрорбъемах колебани количества карбидов достигали +70%, то после обработки по оптимальным режимам эта цифра составл ет +18-25%.The workpiece (block of half-cast iron of composition: C 3.84; Si 2.11; Mp 3.4; Cr 2.2; S 0.054J P 0.046; HRC 46.5) is pressed against the rotating roller at a speed of 2 m / s. from st.Z. The iron is heated by friction heat. Processing is carried out according to the modes given in the table. The uniformity of the distribution of carbides in the structure is evaluated by counting the amount of carbides in 10 arbitrary volumes 2 × 2 mm in size of the microsection of the product before and after processing. Calculations performed show that if before processing in some micro-volumes the fluctuation in the amount of carbides reached + 70%, then after processing in optimal modes this figure is + 18-25%.

Сравнительные испытани на износ провод т по режиму: сухое трениеComparative wear tests are conducted according to the mode: dry friction

Услови обработки чугунаIron Treatment Conditions

Р.ежимMode

По известному способуBy a known method

Однократный нагрев при давлении В МПа с последующим охлаждением водой при сн том давленииSingle heating at a pressure of MPa followed by cooling with water at low pressure.

По предлагаемому способуAccording to the proposed method

bt 20°C; UP 0,4 МПа; n 10; t 930°C, ,bt 20 ° C; UP 0.4 MPa; n 10; t 930 ° C,,

(it 30°C; ,4 МПа; t I050°C; P 8 M(it is 30 ° C; 4 MPa; t I050 ° C; P 8 M

at 65°C; ,5 МПа; t o ViTooOC; P,7 МПааat 65 ° C; , 5 MPa; t o ViTooOC; P, 7 MPaa

ut 100°C;AP 0,6 МПа; , t n50°C; P 7 МПаut 100 ° C; AP 0.6 MPa; , t n50 ° C; P 7 MPa

bt 120°C; ,.6 МПа; , t, 1150°C; bt 120 ° C; , .6 MPa; , t, 1150 ° C;

По режиму 2, но t 330°CAccording to mode 2, but t 330 ° C

По режиму 3, но t 310°СAccording to mode 3, but t 310 ° С

По режиму 4, но t( According to mode 4, but t (

По режиму. 5,но toxA 410 СBy mode. 5, but toxA 410 С

По режиму 6,но According to mode 6, but

По режиму 2, но toj,According to mode 2, but toj,

По режиму. 3,но By mode. 3 but

По режиму 4, но io)(i( By mode 4, but io) (i (

По режиму 5, но According to mode 5, but

По режиму 6, но toRft 655 СAccording to mode 6, but toRft 655 С

По режиму 2, но при охлаждении давление снимаютMode 2, but when cooled, pressure is removed

По режиму 3, но при охлаждении дaJзлeниe снимаютMode 3, but when cooled, the jersey removes

По режиму 4, но при охлаждении давление снимаютAccording to mode 4, but when cooled, pressure is removed

скольжени чугуна по стали при давлении 2,5 МПа и скорости скольжени 2 м/с, путь трени 5000 м.iron slip on steel at a pressure of 2.5 MPa and a slip speed of 2 m / s, a friction path of 5000 m.

Проведенные испытани на износ подтверждают, что оптимальными параметрами термомеханической обработки вл ютс : шаг увеличени температуры приконтактной зоны 30-65 0; шаг увеличени давлени 0,4-0,6 МПа; интервал повышени температуры 740ll50 C; интервал изменени давлени 4-8 МПа; количество циклов нагрев - охлаждение 5-10.Conducted wear tests confirm that the optimal parameters for thermomechanical treatment are: the step of increasing the temperature of the contact zone 30-65 °; pressure increment step 0.4-0.6 MPa; temperature rise interval 740 ° C; pressure change interval 4-8 MPa; the number of cycles of heating - cooling 5-10.

В результате проведени обработок |ло оптимальным режимам в рабочем { поверхностном} слое половинчатого чугуна образуетс аустенитна структура с равномерно распределенными карбидами (цементитом) равноосной формы, что повьш1ает износостойкость изделий примерно в 2 раза.As a result of processing | optimal modes in the working {half} layer of half-iron, an austenitic structure is formed with uniformly distributed carbides (cementite) of equiaxial shape, which increases the wear resistance of the products by about 2 times.

Ожидаемый экономический эффект составл ет 25 тыс. руб. в гед.The expected economic effect is 25 thousand rubles. in ged

Износ, г/м-ю Примечание: При проведении обработки по режимам 2-6 температура охлаждени в каждом цикле составл ет 500-600 С, при проведении обработки по режимам 24-27 последний цикл охла :дени с 950 С проведен до комнатной темпеpaTvpi ,Wear, g / m th Note: When processing is carried out according to modes 2-6, the cooling temperature in each cycle is 500-600 ° C; during processing according to modes 24-27, the last cooling cycle is: from 950 ° C to room temperature Tvpi,

Claims

1. METHOD OF THERMOMECHANICAL TREATMENT OF METAL PRODUCTS, mainly cast iron, including friction heating in the range A _{with <} - solidus temperature with the mechanical pressure of the tool and cooling, casting so that, in order to increase wear resistance by obtaining austenite c in the surface layer evenly distributed carbides, heating and cooling is carried out cyclically, while in each cycle the temperature of the contact zone is increased by 30-65 ° C, cooling is carried out to 600500 ° C, and the pressure on the tool velichivayut at 0.4-0.6 MPa.

2. The method of pop. 1, characterized in that the pressure is continued with the tool in the cooling process.

3. The method of pops 1 and 2, characterized in that the total pressure is carried out within 4-8 MPa.

4. The method according to claims 1, .2 and 3, which is characterized in that the number of cycles is 5-10.

>