SU863673A1 - Способ термической обработки углеродистых аустенитных сталей - Google Patents

Description

(54) СПОСОБ ТЕРМИЧЕСКОЙ ОБРАБОТКИ УГЛЕРОДИСТЫХ АУСТЕНИТНЫХ СТАЛЕЙ

1

Изобретение относитс  к металлургии черных металлов, в частности к способам термической обработки металлов , и может быть использовано дл  термической обработки заэвтектоидных сталей, преимущественно метастабильных углеродистых аустенитных сталей, например среднемарганцовистых сталей , содержащих 0,8-1,4% углерода; 5-9% марганца и другие компоненты.

Метастабильные углеродистые аустенитные стали значительно превосход т по износостойкости стабильные стали и  вл ютс  более экономичными из-за пониженного содержани  в них стаби лизирующих аустенйт легирующих компонентов . Так, Метастабильные марганцовистые углеродистые стали с 5-9% марганца имеют износостойкость в услови х ударно-абразивного изнашивани  в г,5-2,О раза выше, чем стабильные высокомарганцовистые стали, содержащие более 10% марганца (например .ст. 110 Г 13Л}. Однако недостаточна  пластичность и в зкость метастабильных сталей ограничивает применение их в промышленности.

Существующие способы закалки Llj позвол ют получить необходимую в зJKOCTb и пластичность, только дл 

стабильных сталей путем формировани  аустенитной или аустенитно-карбидной структуры с устойчивым аустенитом . Наличие устойчивого аустени5 та обеспечивает необходимую в зкость и пластичность, но снижает износостойкость стали. Формирование же в качестве основы строени  стали .неустойчивого аустенита известными

О способами термообработки хот  и приводит к повышению износостойкости, но снижает в зкость и пластичность. Поэтому эти способы термообработки не обеспечивают необходимую в зкость

15 и пластичность метастабильных сталей , имеющих в качестве основы строени  неустойчивый аустенйт.

Таким образом, извес гные способы термообработки не позвол ют получить

20 стали с необходик ым сочетанием пластичности , в зкости и износостойкости в услови х ударно-абразивного изнашивани . Мезвду тем наличие способа термообработки, обеспечивающего

25 повышение пластичности и в зкости метастабильных углеродистых сталей со структурой неустойчивого аустенита , позвол ет получить необходимое сочетание пластич/юсти, в зкости и износостойкости.

Наиболее близким к предлагаемому  вл етс  способ термической обработки углеродистых аустенитных сталей, преимущественно высокомарганцовистых , включающий двойной отжиг, второй из которых провод т при температуре , превышающей на 50-80°С температуру А, и закалку на аустенитнокарбидную структуру. При этом первый отжиг провод т при температуре на 100-1бО°С ниже А, а после второго отжига стальзакаливают на мартенситнокарбидную структуру. Этот способ термообработки позвол ет получить в углеродистых аустенитных стал х, преимущественно в высокомарганцовистых , аустенитно-карбидную структуру с метастабильной аустенитной основой. Получение метастабильной основы у высркомарганцовистых (стабильных) сталей обеспечивают за счет обеднени  аустенита марганцем и углеродом, которое производ т в процессе термообработки путем перевода этих элементов в карбиды. Наличие метастабильного аустенита в основе строени  стали повышает износостойкость за счет того, что метастабильный аустенит обеспечивает упрочнение поверхностных слоев стали в процессе изнашивани  в значительно большей степени, чем стабильный, особенно с обогащением аустенита углеродом и обеднением марганцем. Это св зано с тем, что метастабильны аустенит при деформации подвергаетс  не только наклепу, как это происходит со стабильным аустенитом, но и, в отличие от него, превращаетс  частично в высокотвердую и износостойкую d -фазу, называемую мартенситом деформации, и тем полнее, чем больше в нем углерода и меньше марганца Наличие метастабильного аустенита обусловливает повышение твердости поверхностных слоев стали при деформации их в процессе изнашивани  и этим повышает износостойкость стали 12.

Однако данный способ получени  метастабильного аустенита, а также наличие в строении карбидов придает ей низкую пластичность и в зкость и этим не обеспечивает необходимое сочетание пластичности, в зкости и износостойкости стали дл  условий ударно-абразивного изнашивани .

Цель изобретени  - повышение платичнс сти и в зкости стали в сочетании с износостойкостью дл  условий ударно-абразивного изнашивани .

Эта цель достигаетс  тем, что согласно способу, включающему изотермический отжиг,который провод т при температуре на 100-1бО°С ниже температуры А и закалку, сталь после изотермического отжига охлаждают до температуры окружак цей сред со скоростью 150-200 град/ч в район

температур 350-200°С, затем сталь нагревают под закалку до температуры А с-1(350-450)° С со Скоростью 1801200 град/мин, а закалку стали провод т в период первичной рекристаллизации аустенита.

Изотермический отжиг при температуре на 100-160°С ниже AC-I обеспечивает распад аустенита на oL-фазу и карбиды. Охлаждение до температуры окружакицей среды обеспечивает даль.нейшее превращение нераспавшегос  обедненного углеродом и марганцем остаточного аустенита в бейнит и мартенсит. При этом бейнитное превращение достигаетс  за счет снижени  скорости охлаждени  до 150-200 град/ч в области температур промежуточного превращени  350200 0 . 5олее низка  скорость охлаждени  не приводит к существенному повышению количества бейнита, но значительно увеличивает продолжительность термообработки.

При температуре выше 350°С, а также в области температур мартенситного превращени  ниже 200°С скорость охлаждени  не лимитируетс . Распад аустенита в процессе изотермического отжига, а также превращение нераспавшегос  остаточного аустенита в бейнит и мартенсит при охлаждении стали до температуры окружающей среды позвол ет осуществить полную фазовую перекристаллизацию первичных зерен аустенита путем обратного превращени  этих продуктов распада бейнита и мартенсита в аустенит при дальнейшем нагреве под закалку , т.е. по схеме аустенит - продукты распада (oL-фаза и карбиды) + + бейнит + мартенсит - аустенит.

Ускоренный нагрев сгтали под закалку со скоростью не менее 180 град/мин до температуры A.j. + н- (350-450) С позвол ет избежать протекани  вышеуказанного обратного фазового превращени  при температуре АС АС, и тем самым осуществить его в области надкритических температур стабильного состо ни  аустенита . Это обусловливает протекание первичной рекристаллизации аустенита наличие которой позвол ет разрушить структурную наследственность, т.е. ориентированную кристаллизацию аустенитных зерен по отношению к первичному зерну, и получить мелкокристаллический излом с высокой степенью измельчени  первичного аусте .нитного зерна (на пор док выше исходного ) . Это приводит к рафинировке структуры и повышению механических свойств, в том числе пластичности и в зкости сталей. Однако нагрев со скоростью более 1200 град/мин приводит к образованию микротрещин в местах концентратов напр жений издели .

Закалку стали провод т в период первичной рекристаллизации аустенита , что обеспечивает получение мелкокристаллического излома и измельчение аустенитных зерен и этим улучшение механических свойств стали. Вьщержку стали перед закалкой при температуре А, + (350-450) С oijpaничивают продолжительностью периода первичной рекристаллизации. Дальнейшее увеличение ее приводит к собирательной рекристаллизации аустенита , вызывающей укрупнение аустенитных зерен.

Закалка заэвтектоидных сталей по предлагаемому способу термообработки обеспечивает, в зависимости от химсостава стали и продолжительности нагрева ее под закалку, получение структур на основе аустенита или мартенсита как без карбидов, так и при наличии незначительных количеств карбидной фазы.

Пример осуществлени  способа. Берут , например, метастабильную аусте-

Предлагаемый 10,6

Известный 5,0

Обработанна  предлагаемым способо сталь по сравнению с известным имеет более чем в два раза выше пластичность и в зкость. При этом предлагаемый способ несколько повьииает износостойкость стали в услови х ударно-абразивного изнашивани , несмотр  на отсутствие карбидной фазы (или незначительное содержание ее) в строении стали. Наличие карбидной фазы хот  и снижает пластичность и в зкость стали, но увеличивает износостойкость ее.-Однако образование карбидов в значительной степени обедн ет аустенитную основу углеродом, что снижает износостойкость стали. Поэтому образование карбидов известным способом не приводит к значительному повышению износостойкосГти стали. Износостойкость стали определ етс  в основном свойствами аустенита, представл ющего основу (более 90%) в строении стали. Предлагаемый способ термообработки обеспечивает повышение износостойкости как за счет получени  метастабильного аустенита, обогащенного углеродом, так и определенных

нитную углеродистую сталь, со|1ержащую , вес.%:

1,2 1,2 7,0 2,0 Остальное

и подвергают ее изотермическому отжигу при 570°С 5 ч при распаде аустенита на с1-фазу и карбиды. Затем сталь охлаждают в печи до 200°С со скоростью 180 град/ч и в дальнейшем на воздухе до температуры окружающей среды дл  превращени  нераспавшегос  аустенита в бейнит и мартенсит . Затем дл  обеспечени  обратного фазового превращени  продуктов распада аустенита, бейнита и мартенсита в аустенит, сталь нагревгиот со скоростью 200 град/мин до , выдерживают 3 мин и закаливают в воде н аустенитную структуру.

Результаты термообработки приведены в таблице.

14,5 1,06 Мелкозерниста 

аустенитна 

7,1 1,00 Мелкозерниста 

аустенитнокарбидна 

40 условий его формировани . Наличие такого аустенита: в строений стали обеспечивает образование мартенсита в поверхностных сло х стали при деформации их в процессе изнашивани . от действи  динамических нагрузок, что повышает твердость поверхностных слоев и этим увеличивает износостойкость стали при абразивном изнашивании .

Таким образом, предлагаемый способ термообработки обеспечивает увеличение пластичности и в зкости в два и более раза в сочетании с износостойкостью стали дл  условий ударно-абразивного изнашивани , т.е. позвол ет получить необходимое соетание пластичности, в зkocти и износостойкости.

60

Claims (1)

1. Формула изобретени 

   Способ термической обработки углеродистых аустенитных сталей, преимущественно метастабильных, вклю65каннйий изотермический отжиг при температуре на 100-160 С ниже АС, и закалку, отличающнйс  тем, что, с целью повышени  пластич ,ности и в зкости при сохранении износостойкости в услови х ударноабразивного изнашивани , сталь после изотермического отжига охлаждают в интервале температур 350-200°С,со скоростью 150-200 град/ч и нагревают под закалку со скоростью 1801200 град/мин до температуры на 350-450 С вьиде АС . Источники информации-, прин тые во внимание рри экспертизе 5 ГОСТ 2176-67. орское свидетельство СССР №444819, кл. С 21 D 1/78, 1973.