SU1759905A1 - Способ обработки высокоуглеродистых сплавов - Google Patents

Abstract

Использование: производство прокатных валков и роликовой валковой арматуры. Сущность изобретени ; заготовки из чугуна или заэвтектоидной стали термоциклируют относительно точки магнитного превращени  цементита с интервалом ± ()°С п раз, n k/5, где k - количество цементита в структуре сплава, %, нагревают до температур аустенизации и подвергают пластической деформации. 1 табл.

Description

Изобретение относитс  к черной металлургии и может быть использовано при обработке изделий из высокоуглеродистых материалов, например прокатных валков и роликовой валковой арматуры, а также в машиностроении,

Известен способ производства прокатных валков из белого чугуна (см. авт. ев, № 1139760, кл. С 21 D 9/38, С 21 В 6/04, 1985, Б,И. Ns 6), включающий получение литой заготовки электрошлаковым переплавом , отжиг при 1050-1100°С в течение 20 ч, гор чую деформацию осадкой и прот жкой и окончательную термическую обработку.

Недостатком способа  вл етс  сложность технологии изготовлени , ее высока  стоимость в св зи с применением электрошлакового переплава, длительного высокотемпературного отжига и комбинированного способа пластической деформации . Кроме того, данный технологический процесс неприменим дл  металла, полученного обычным методом выплавки - без применени  рафинирующих переплавов.

Известен также способ получени  высокопрочной низколегированной стали (пат, 4129461 США, кл. С 21 D 7/00), имеющий повышенную деформируемость, предусмат-0 ривающий нагрев до температуры не ниже эвтектоидной, выдержку, обеспечивающую частичную гомогенизацию структуры, охлаждение до комнатной температуры с целью повышени  деформируемости. Последующа  пластическа  деформаци  стали приводит к повышению предела текучести,

Недостатком этого способа  вл етс  то, что он не может обеспечить повышение технологической пластичности высокоуг эрс- дистых материалов, т. к. образующа с  после охлаждени  карбидна  фаза Б виде игл и/или сетки по границам зерен, и крупных включений охрупчмвает материал к приводит к его разрушению в процессе последующей деформации.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому  вл етс  выбранный е качестве прототипа способ с5ра5стки белого чугуна (см, авт. ов. № 519526 СССР,

«Л

кл.С21 05/04,1/36, 1/14. 1978, Б.И. № 30), включающий нагрев до температуры на 40- РО°С ниже линии солидус, подстуч ивание до температуры деформации и деформа- цип.,, с целью повышени  технологической пластичности, операции аустенитизации и подстуживани  производ т многократно,

К недостаткам прототипа относитс  то, что дл  повышени  технологической пластичности белого чугуна перед деформа- цией его термоциклирсвание осуществл ют при высоких температурах, которые требуют значительных затрат времени и энергии на его проведение. Кроме того, высокотемпературное цитирование в существующих печах, работающих на газовом и мазутном топливе, практически невозможно, т. к. в этом случае не могут быть обеспечены узкие интервалы цитировани  20-40°С. Вместе с тем при высокотемпературных нагревах повышаетс  склонность к образованию грубозернистой структуры, характеризующейс  пониженной ударной в зкостью, что и про вл етс  в уменьшении пластичности.

Целью изобретени   вл етс  повышение технологической пластичности и механических свойств высокоуглеродистых материалов.

Дл  этого в способе обработки высокоуглеродистых материалов, включающем нагрев до температуры деформации с применением термоциклировани , термо- циклирование при нагреве осуществл ют относительно точки магнитного превращени  цементита (Ао) с интервалом температурных колебаний ±(30-50)°С, при этом

количество циклов определ етс  по зависиk мости п - где k - количество избыточного

О

цементита в структуре обрабатываемого материала . Если количество циклов равно дробному числу, то его округл ют до целого,

При нагреве под деформацию термо- циклирование относительно точки магнитного превращени  цементита с интервалом температурных колебаний ±(30-50}°С и числом циклов (п), определ емым количеством избыточной карбидной фазы (К) в структуре , способствует накоплению в ней дефектов. Одновременно структурные составл ющие сплава, облада  различными 1еплопроводностью, теплоемкостью и прочностными свойствами, претерпевают внутреннее микропластическое деформирование . Эта микродеформаци  вызывает увеличение плотности дислокаций, полос скольжени  и других микродефектов, что приводит к возникновению в структуре высокого уровн  микронапр жений II рода.

0

0

5

0

Кроме того, на поверхности раздела матрица - цементит замыкаютс  многочисленные границы и субграницы со стороны обеих фаз и межфазна  граница тер ет устойчивость .

Таким образом, увеличение дефектности и потер  устойчивости структуры привод т к тому, что в процессе последующего нагрева дислокации выстраиваютс  в цепочки и р ды, образу  сетку, при этом плотность дислокаций на субграницах возрастает, суммарна  энерги  образовани  границ уменьшаетс .

Все это подготавливает структуру дл 

5 последующей пластической деформации, при этом процесс дроблени  карбидной фазы происходит без разрушени  путем скольжени  по субзеренным границам, что улучшает технологическую пластичность и повышает уровень механических свойств.

Выбор граничных параметров обусловлен тем, что термоцмклирование относительно точки магнитного превращени  с интервалом температурных колебаний менее ±30°С не обеспечивает увеличени  плотности дислокаций и дробление карбидной фазы без разрушени , что ухудшает тех- нологическую пластичность и снижает уровень механических свойств. Изменение интервала температурных колебаний более ±50°С не приводит к повышению технологической пластичности, измельчению карбидов и увеличению уровн  механических свойств, кроме того увеличиваетс  врем 

5 обработки и снижаетс  производительность примен емого оборудовани .

Количество циклов при термоциклироk

вании менее п - недостаточно подготав- о

0 ливает структуру к последующей пластической деформации из-за отсутстви  дислокационной структуры, способствующей дроблению без разрушени , что обуславливает ухудшение технологической

5 пластичности материала. При количестве

сk

циклов более п увеличение количества 5

дефектов при термоциклировании приводит к по влению пор и трещин на карбидной 0 фазе, что способствует при последующей деформации по влению трещин в металле, ухудшению технологической пластичности и снижению уровн  механических свойств.

5 По имеющимс  у за вител  данным, в известных решени х отсутствуют признаки, сходные с отличительными признаками за вл емого технического решени , что позвол ет сделать вывод о его соответствии критерию существенные отличи .

По данному способу обработки высокоуглеродистых материалов целесообразной  вл етс  следующа  последовательность действий: нагрев заготовок из зээвтекто- видной стали и белого чугуна до температу- ры магнитного превращени  цементита, термоциклирование относительно точки магнитного превращени  цементита (Ао) с интервалом температурных колебаний

± (30-50)°С, при этом количество циклов

составл ет п -, где k - количество

О

избыточного цементита в структуре обрабатываемого материала. После этого провод т окончательный нагрев до темпе- ратуры деформации 1100-1125°С и последующую пластическую деформацию. Проверку эффективности за вл емого способа проводили на заготовках белого чугуна , имеющего следующий химический состав, %:

Углерод2,39-2,47

Кремний0,15-0,30

Марганец0,51-0,62

Фосфор0,030-0,032

Сера0,025-0,031

Хром1,0-2,0

Никель0,31-0,35

Молибден0,29-0,34

Церий0,2-0,25

Кальций0,05

ЖелезоОстальное

Количество карбидной фазы 35%.

Заготовки подвергали обработке по следующему режиму: нагрев осуществл ли со скоростью 70-100°С/ч до температуры магнитного превращени  цементита 160° С, затем проводили термоциклирование (7 циклов) с интервалом температурных ко- лебаний ±(30-50)°С, последующий нагрев до температуры пластической деформации 1100-1125°С и деформацию (ковку).

Дл  сравнительного анализа свойств материала одну партию образцов исследо- вали после обработки по за вл емому способу , вторую - после обработки по способу прототипа.

По прототипу нагрев осуществл ли до 1150°С, выдерживали в печи 0,5 ч, охлажда- ли с печыо до 1125°С, выдерживали в печи 0,5 ч, цикл обработки повтор лс  3 раза, после чего проводили ковку.

Заготовки из белого чугуна по предлагаемому способу нагревали до температуры деформации 1125°С с применением термо- циклировани  относительно точки магнитного превращени  160°С с интервалом температурных колебаний ±(30-50)°С и количеством циклов, равном 7, после этого проводили ковку.

Примеры на граничные и оптимальные значени  за вл емых параметров способа и механические характеристики материала, обработанного по предлагаемому и известному способам, представлены в таблице.

Приведенные в таблице результаты подтверждаютс  актом испытани .

Механические свойства (временное сопротивление разрыву 7В, преде- прочности при изгибе Си, ударную в зкость КС деформированных высокоуглеродистых материалов определ ли по стандартным методикам. Технологическую пластичность оценивали по ударной в зкости, размеру избыточных карбидов (М.Я. Дзугутов. Пластическа  деформаци  высоколегированных сталей и сплавов - М., Металлурги  - 1977 г., с. 9, 40-42).

Как видно из таблицы, лучшие результаты получены при обработке чугуна по предлагаемому способу (варианты 2, 3 и 5). При этом достигаютс  следующие свойства: тв 980-1030 МПа, оь, 1245-1325 МПа, КС 14,5-15,0 Дж/см . Размер карбидов 30- 45 мкм, качество поковок - удовлетворительное .

Выход за граничные параметры (термоциклирование относительно точки АО) с изменением температуры ± 50°С и количеством циклов, отличным от 7 (варианты 4 и 6), приводит к снижению уровн  механических свойств (OB до 900-930 МПа, 7И до 950- 1115 МПа, КС - до 12,5 Дж/см2). Термоциклирование относительно точки АО с изменением температуры менее ± 30°С и количеством циклов п 7 (вариант 1) не приводит к повышению уровн  механических свойств ( Ов 870 МПа, Сти 930 МПз, КС 12,5 Дж/см ), что св зано с наличием довольно крупных включений карбидной фазы размером 60-70 мкм, на которых по вились трещины при последующей деформации , что снижает технологическую пластичность и возможность увеличени  степени укова без разрушени . Термоциклирование с интервалом температурных колебаний более ±50°С (вариант 7) также не приводит к росту уровн  механич ких свойств ( Ов 890 МПа, еги 980 МПа КС 11,0 Дж/см), повышению технологической пластичности, так как избыточные карбиды сохран ют склонность к разрушению при последующей пластической деформации .

По способу-прототипу (вариант 8) уровень свойств чугуна значительно ниже по сравнению с за вл емым { Ов 825 МПа,

0ч 915МЛа, КС 10,0 Дж/см2) из-за присутстви  крупных включений карбидной фазы (0-80 мкм). Согласно данным проваренных испытаний, за вл емое изобретение по сравнению с прототипом обладает следующими преимуществами:

размер карбидной фазы,  вл ющийс  характеристикой технологической пластичности , уменьшилс  в 1,5-2 раза за счет щеплени  по плоскост м скольжени  без разрушени ;

временное сопротивление разрыву возросло в 1,2 раза, предел прочности при изгибе - в 1,4 раза, ударна  в зкость в 1,5 раза.

Осуществление за вл емого изобретени  не окажет отрицательного воздействи  на состо ние окружающей среды.

За вл емый способ обработки изделий из высокоуглеродистых материалов, например валков и валковой арматуры, представл ет значительный интерес дл  народного

Claims (1)

1. хоз йства, т. к. обеспечивает более высокий уровень показателей качества, сокращает расход топливно-энергетических ресурсов при нагреве заготовок, уменьшает количество брака при обработке, обеспечивает снижение расхода валков и валковой арматуры в 3 раза повышает производительность прокатных станов на 0,1-0,2%. Формула изобретени 

   Способ обработки высокоуглеродистых сплавов, включающий термоциклирование в заданном интервале температур и гор чую пластическую деформацию, отличающийс  тем, что, с целью повышени 

   технологической пластичности и механических свойств, термоциклирование осуществл ют относительно точки магнитного превращени  цементита с интервалом температурных колебаний ±(30-50)°С, при

   этом количество циклов n k/5, где k - количество цементита ь структуре сплава , %

   Характеристика свойств материала в зависимости от способа обработки