(St) СПОСОБ ЗАКАЖИ МАССИВНЫХ ИЗДЕЛИЙ ИЗ ЛЕГИРОВАННЫХ СТАЛЕЙ
.-1 Изобретение относитс к термической обработке, преимущественно закал ке массивных изделий из легированных сталей. Известен способ прерывистой закал ки, заключающийс в том, что изделие многократно погружают в закалочный бак со средой с максимальной охлаждающей способностью (водой) и вынимают на воздух (среда с .минимальной охлаждающей способностью), окончательное охлаждение провод т в среде с промежуточной охлаждающей способностью (в Масле). Попеременное охлаж дение в вод и на воздухе позвол ет значительно быстрее, чем при охлаждении в масле, охлаждать поверхность и сердцевину издели в верхнем интервале температур (выше точки Мн), что способствует существенному увеличению прокаливаемости С Однако применение способа прерывистой закалки без обоснованного ограничени времени охлаждени в воде И на воздухе при всех чередовани х не искгйочает образовани трещин при получении высокой прокали.ваемости и не гарантирует обеспечение высокой прокаливаемости при отсутствии трещин . Качество закалки зависит от мастерства и опыта термиста. Известен способ закалки массивных изделий из легированных сталей, включающий нагрев до температуры аустенитизации , выдержку и охлаждение в трех средах: вначале до температуры на 5-150°С ниже точки начала мартенситного превращен У (Мц)в среде с максимальной охлаждающей способ-, ностью, затем 0, мин в среде с минимальной охлаждающей способностью, а окончательное охлаждение ведут в среде с промежуточной охлаждающей способностью 2. Однако этот способ имеет определенные недостатки: охлаждение ниже точки М с температуры аустенитизацииприводит к образованию на поверх ности хрупкой корки, котора под действием высоких структурных и термических напр жений может разрушитьс , т.е. в изделии образуетс трещина; однократна выдержка в резком охладителе не обеспечивает максималь но возможной прокаливаёмости; продолжительность выдержки при охлаждении в среде с минимальной охлаждающей способностью не регламентирует разогрев поверхности, что может привести или к по влению трещин, или к необеспечению необходимой прокаливаемости . Целью изобретени вл етс исключение образовани трещин при закалке и обеспечение высокой прокаливаемости . Поставленна цель достигаетс тем что согласно способу закалки массивных изделии из легированных сталей, включающему нагрев до температуры аустенитизации, выдержку и охлаждение сначала в среде с максимальной охлаждающей способностью, затем в среде с минимальной охлаждающей способностью и окончательное охлаждение в среде с промежуточной охлаждающей способностью, охлаждение а среде с максимальной охлаждающей способностью например в воде, и охлаждение в среде с минимальной охлаждающей способностью , например на воздухе, ведут попеременно и многократно, причем охлаждение в среде с максимальной охлаждающей способностью ведут каждый раз до достижени на поверхности издели температуры равной температуре начала мартенситного превращени , охлаждение в среде с минимальной охлаждающей способностью - до достижени на поверхности издели , температуры верхней ветви кривой начала распада п ереохлажденного аустенита по типу 11-ой ступени, а число циклов попеременного охлаждени ограничивают достижением в центре издели температуры такой же, как при непрерывном охлаждении в масле в момент достижени температуры поверхности точки Мц. Благодар тому, что, с одной стороны , попеременное охлаждение в двух средах не св зано с охлаждением ниже точки Mj, а, с другой стороны, врем подготовки к переходу в интервал мартенситного превращени (при условии достижени в центре издели температуры такой же, как и при непрерывном охлаждении в масле) сокращаетс , т.е 9 714 средн скорость охлаждени в надмартенситном интервале выше, чем при непрерывном охлаждении в масле, предлагаемый способ позвол ет гарантировать отсутствие закалочных трещин при обеспечении высокой прокаливаемости. На чертеже представлена термокинетическа диаграмма (ТКД) дл стали 22ХЗМ. На чертеже даны следующие обозначени : А и Л - критические точки (точки Осмонда); MH температура начала мартенситных превращении; ед и 5 - кривые начала и конца выделени феррита; в - крива начала распада аустенита по типу i-ой ступени; г крива начала распада аустенита по типу Г 1-ой ступени. На фоне ТКД, вз- той по справочным данным, построены действительные кривые охлаждени поверхности (п) и центра ({,} пластины толщиной 250 мм, причем кривые 1 f и )ц относ тс к охлаждению поверхности и центра издеЛИЯ в масле; крива 2п к охлаждению поверхности по прототипу; участок ( ) - охлаждение в воде участок (ж-й) - выдержка на воздухе 0,5 мин, крива 2ц относитс к охлаждению центра по прототипу; кривые 3fi и Зи относ тс к охлаждению поверхности и центра издели по предлагаемому способу, здесь участок () соответствует охлаждению поверхности в воде до точки участок (к-л) выдержке на воздухе, при которой поверхность нагреваетс .до температуры Т, расположенной на кривой t. Участок (л-м) - охлаждение в воде до точки . - температуры центра в момент перехода точки Mj поверхностью издели при охлаждении соответственно в масле (Т), по прототипу (Тп), по предлагаемому режиму {Tj) и по аналогу (Т). Кривые 1-4 построены по расчетным данным температурных полей при помощи ЭВМ. Способ закалки массивных изделий из легированных сталей осуществл етс следующим образом. Вначале из-делие нагревают до температуры Тц А(), выдерживают при этой температуре до полного прогрева издели и выравнивани химического состава аус енита, затем охлаждают. В процессе охлаждени при первой выдержке в воде (участок Тц к кривой Зп) поверхность издели ох5 Дл.9 лаждаетс до точки l, при этом м артенситное превращение,/которое может протекать только в интервале температур ниже HH. еще практически не начинаетс , поэтому опасности образовани трещин нет. Далее .при выдержке на воздухе (участок к - л кривой Зр) врем ограничено достижением поверхностного сло издели температуры, расположенной на кривой ч- (крива начала распада переохлажденного аустенита по типу П-ой ступени ТКД). Затем следует вновь охлаждение в воде до Иц (участок л -м кривой Зр), далее выдержка на воздухе, при которой поверхность снова нагреваетс до температуры в пересечении с кривой г. Затем изделие вновь подвергают охлаждению в воде. Такие циклы охлаждени чередуютс до тех пор, пока температура в центре издели (крива 3ц) не понизитс до значени Тз, которое задаетс из услови Т Т. Значение Т определ етс по кривой 1 ц дл случа непрерывного охлаждени в масле в момент перехода поверхностью изде ли точки М (крива Ip)- При до стижении в центре издели температуры Tj провод т окончательное охлаждение в масле. При первых погружени х в воду до температуры М,. переохлаждаетс поверхностный слой .издели небольшой толщины, в результате чего массивна сердцевина продолжает сохран ть большое количество тепла, которое при переносе издели из воды на воздух быстро нагревает поверхностные слои, ранее охлажденные до Мц. При неограниченной выдержке на воздухе возможен повторный нагрев поверхностного сло до температур, близких к первоначальной температуре аустенизации. Это вление недопустимо, поскольку становитс невозможным получение качественной закалки изделий, Поэтому повторный разогрев поверхностного сло допустим в ограниченных пределах: с одной стороны, желателен возможно более широкий интервал от М„ , . . до температуры повторного разогрева, так как выдержку на воздухе массивного издели нельз провести менее, чем за 1,5-2 мин (врем погружени в бак и подъема из бака составл ет около 1,0-1,5 мин), кроме того, мз лые выдержки на воздухе не устран ют опасности образовани трещин; с другой сторюны, излишний повторный разо714 , грев поверхностного сло неизбежно снижает и прокаливаемость,и качество закалки в целом. В том случае, когда повторный разогрев поверхностного сло достигает интервала распада аустенита по типу 1-ой ступени, поверхностные слои оказываютс закаленными на сорбит или даже на сор бит с избыточным ферритом, что при последующих охлаждени х ухудшает услови закалки на мартенсит и, еледовательно , снижает прокаливаемость. В тсз же врем распад аустенита по типу И-ой ступени с образованием бейнита (игольчатого тростита) желателен , так как эта структура аналогична мартенситу, благодар чему опасность трещинообразовани практически отсутствует, а прокаливаемость не снижаетс . Поэтому врем выдержки на-воздухе ограничено моментом достижени верхней ветви кривой,начала распада аустенита по типу ступени, т.е. считаютс допустимыми колебани температуры поверхностного.сло в пределах всего интервала П-ой ступени. Как известно, при закалке массивных изделий из легированных сталей в масле трещинообразовани не происходит , при непрерывном же закаливании таких изделии в воде трещины неизбежны , и опасность трещинообразовани темвыше, чем больше неравномерность температур по сечению издели . Поэтому число циклов попеременного охлаждени в воде и на воздухе ограничено моментом, когда разность температур между поверхностным слоем и центром издели достигнет такой же величины, как и при непрерывном охлаждении в масле в момент перехода точки М .. Пример 1. Поковку из стали 22ХЗМ размерами 250x850X1200 мм нагревают до с выдержкой Э ч. Охлаждение ведетс попеременно в воде и на воздухе, исход из расчета температурных полей, произведенного на ЭВМ ЕС-1022 по услови м предложенного способа, Режим прерывистого охлаждени поовки имеет следующий вид, мин: Вода9,9 Воздух2,2 Вода1,8 Воздух3,6 Вода . 0,8 9 к этому моменту расчетна темпера тура в центре поковки составл ет , что соответствует- расчетной температуре центра поковки при непрерывном охлаждении в масле при достижении поверхности точки Мц, и с этого момента поковка охлаждаетс окончательно в масле. Затем производитс отпуск при температуре в течение 14 ч с охлаждением на воздухе . При-мер 2. Дл -сопоставлени аналогична поковка подвергнута закалке по режиму прототипа: нагрев до , выдерх{ка 9 охлаждение в во де до температуры поверхности Мн Механические свойства поковки, термообработ.анной по предложенному режиму, по всему сечению поковки выше , чем при термообработке по прототипу . Учитыва , что по техническим требовани м к массивным заготовкам предел прочности должен быть не менее 55 кгс/мм, определ ют условную прокаливаемость поковок, котора состав л ет- 117 мм при обработке по предложенному режиму против 95 мм по прото типу. Таким образом предложенный способ по сравнению с известным имеет высокую степень гарантии в отсутствии тр щин, поскольку в процессе попеременного охлаждени в воде и на воздухе .8 150°С, что дл стали 22ХЗМ составл ет , затем на воздухе в течение 3-х мин (при выдержке свыше 3 мин поверхность поковки нагреваетс до те1мпературы темно-красного свечени ), окончательное охлаждение в масле. Отпуск производитс аналогично примеру 1. Поковка, обработанна по режиму прототипа, им.еет в одном из углов трещину, в то врем как ,на поковке, закаленной по предложенному режиму, трещин не обнаружено, Механические свойства образцов. вырезанных из поковок, приведены в таблице. температура издели ни в одной его точке не опускаетс ниже точки Hit, т.е. в течение всего этого времени в изделии Не образуютс хрупкие мартенситные структуры, в мартенситный интервал охлаждение переводитс только тогда, когда температура в центре издели снижаетс до такого же значени , как и при непрерывном его охлаждении в масле, а это условие позвол ет гарантировать такой уровень тепловых и структурных напр жений во всем процессе мартенситного превращени , который не превышает уро вень таких напр жений при непрерывной закалке в масле, не св занной с риском трещинообразовани ; обеспечиваетс высока прокаливаемость