Патент на изобретение №2184156

(54) СПОСОБ ТЕРМИЧЕСКОЙ ОБРАБОТКИ ДЕТАЛЕЙ ИЗ СТАЛИ ХВГ

(57) Реферат:

Изобретение относится к области металлургии и может быть применено при термической обработке деталей, от которых требуется высокая точность размеров, высокие механические свойства, надежность и долговечность. Технический результат от изобретения – снижение деформации более чем в два раза, повышение ударной вязкости и уменьшение ее анизотропии по сравнению с известными способами термической обработки. Технический результат достигается тем, что во время закалки используют различную методику охлаждения в различных интервалах температур, особенно в интервале температур мартенситных превращений, и новую методику отпуска. При новой методике охлаждения и отпуска обеспечивается минимальная деформация и меньшая анизотропия ударной вязкости стали ХВГ, что повышает надежность и долговечность изделий, а также ускоряет процесс производства. Изобретение может быть использовано в точном приборостроении и машиностроении. 1 з.п. ф-лы, 1 табл.

Изобретение относится к области металлургии и может быть использовано при термической обработке деталей из стали ХВГ, от которых требуется высокая точность размеров и высокие механические свойства, особенно для пресс-форм с твердостью НRС_э 4953, используемых в точном приборостроении.

Известен способ закалки деталей из стали ХВГ, заключающийся в нагреве до температуры 820-850^oС, выдержке и охлаждении в масле с температурой 20-50^oС, промывке в горячем растворе Na₂CO₃ в воде. После чего производят отпуск на заданную твердость НRС_э 49-53 [1]. При этом способе закалки основные структурные превращения аустенита в мартенсит происходят при пониженных температурах. Вследствие снижения температуры уменьшается объем стали, а превращение аустенита в мартенсит увеличивает объем стали. Кроме того, охлаждение до низких температур 20-50^oС вызывает снижение пластичности стали. Эти причины увеличивают деформацию и изменяют объем стали, что приводит иногда к трещинам непосредственно при закалке или с течением времени при эксплуатации.

Наиболее близким к предлагаемому является способ изотермической закалки деталей сложной формы из стали ХВГ, который заключается в нагреве до 830-850^oС, выдержке и охлаждении до 160-180^oС, выдержке с последующим охлаждением до цеховой температуры. После чего детали промывают от масла в 3-5% растворе, Na₂CO₃ в воде при 80-100^oС и производят отпуск на заданную твердость [2].

При термической обработке по этому способу образуется меньшая разность температур за счет охлаждения до повышенной температуры (160-180^oС) и образуется ~ 15-30% мартенситета. Это также не вызывает больших внутренних напряжений. Но последующее охлаждение до цеховой температуры уменьшает объем стали и вызывает превращение остаточного аустенита в мартенсит, что вызывает значительные внутренние напряжения, которые приводят к недопустимой деформации тонкостенных деталей сложной конфигурации. Поэтому детали сложной конфигурации не рекомендуется подвергать такому режиму термической обработки.

Технический результат, достигаемый при использовании предлагаемого способа, заключается в снижении деформации, повышении ударной вязкости и уменьшении ее анизотропии при заданной твердости по сравнению с известными способами термической обработки.

Для получения указанного технического результата в предлагаемом способе термической обработки деталей из стали ХВГ, включающем нагрев под закалку до 830-850^oC, охлаждение в масле и отпуск, охлаждение деталей производят сначала в масле с температурой 90-110^oС, а затем в 3-5% водном растворе Na₂CO₃ с температурой 90-100^oС, выдерживают 1-60 минут и осуществляют нагрев для отпуска при 470-500^oC.

Выдержку в 3-5% растворе Na₂CO₃ в воде совмещают с промывкой деталей от масла.

Отличительные признаки предлагаемого способа заключаются в том, что при выдержке в интервале температур 90-100^oC в течение 1-60 минут во время охлаждения при закалке образуется около 50% мартенсита. При последующем нагреве до 470-500^oС происходит отпуск образованного мартенсита и превращение его в троостит. В это же время из остаточного аустенита выделяются легирующие элементы и происходит его превращение в троостит.

Троостит имеет меньший удельный объем, чем мартенсит.

Поэтому предлагаемый способ термической обработки изменяет объем стали ХВГ меньше, чем известные способы, что не вызывает значительного повышения внутренних напряжений, а это способствует повышению ударной вязкости, особенно в направлении поперек проката.

Пример практического применения
Изготавливали пальчиковые образцы для определения величины изменения размеров и ударной вязкости. Образцы имели размеры 10х10х55 с радиусом закругления R5 мм у одного конца.

Изменение внутренних напряжений и упругую деформацию определяли с помощью колец переменного сечения.

Кольца переменного сечения имели размеры: наружный диаметр 16 мм, внутренний диаметр 8 мм, эксцентриситет 3,5 мм, ширину 8 мм. Кольца размечали отпечатками от алмаза прибора Викерс нагрузкой 30 кгс.

Разметку производили широкой части кольца относительно оси симметрии на расстоянии 3 мм. Каждое кольцо размечали двумя отпечатками. Отпечатки разделяли осью симметрии. Отпечатки ставили после отпуска и шлифования плоской поверхности колец.

Все образцы после термической обработки шлифовали и подвергали испытаниям.

Результаты испытаний приведены в таблице.

Из результатов таблицы следует, что наиболее оптимальные свойства обеспечивает предлагаемый режим термической обработки.

Технический результат от предлагаемого способа обеспечивается за счет уменьшения деформации (в 2 раза меньшей, чем при способах [1] и [2]). Это позволяет сократить количество брака в 2 раза, а также за счет повышения надежности и долговечности деталей вследствие уменьшения анизотропии свойств на 28-32% по сравнению со способом [1] и способом [2].

Предлагаемый способ сокращает процесс термической обработки на 1-2 часа.

Источники информации
1. Каменичный И.С. Краткий справочник термиста. Машгиз. Москва, 1959 г., Киев, с. 143.

2. Геллер Ю.А. Инструментальные стали. М.: Металлургия, 1983 г., с. 261.

3. Попов А.А., Попова А.Е. Справочник термиста. Изотермические термокинетические диаграммы распада переохлажденного аустенита. Машгиз. М. 1961 г., Свердловск, с. 373.

Формула изобретения

1. Способ термической обработки деталей из стали ХВГ, включающий нагрев до 830-850^oС, охлаждение в масле и отпуск, отличающийся тем, что охлаждение деталей производят сначала в масле с температурой 90-110^oС, а затем в 3-5%-ном водном растворе Na₂CO₃ c температурой 90-100^oС, выдерживают 1-60 мин и осуществляют нагрев для отпуска при 470-500^oС.

2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что выдержку в 3-5%-ном растворе Na₂CO₃ в воде совмещают с промывкой деталей от масла.

РИСУНКИ