close

Вход

Забыли?

вход по аккаунту

?

Патент BY16216

код для вставкиСкачать
ОПИСАНИЕ
ИЗОБРЕТЕНИЯ
К ПАТЕНТУ
РЕСПУБЛИКА БЕЛАРУСЬ
(46) 2012.08.30
(12)
(51) МПК
НАЦИОНАЛЬНЫЙ ЦЕНТР
ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ
СОБСТВЕННОСТИ
(54)
C 21D 1/18
(2006.01)
СПОСОБ ТЕРМИЧЕСКОЙ ОБРАБОТКИ КОНСТРУКЦИОННЫХ
ЛЕГИРОВАННЫХ АЗОТИРУЕМЫХ СТАЛЕЙ
(21) Номер заявки: a 20100659
(22) 2010.05.04
(43) 2011.12.30
(71) Заявитель: Государственное научное учреждение "Объединенный
институт машиностроения Национальной академии наук Беларуси"
(BY)
(72) Авторы: Мариев Павел Лукьянович;
Моисеенко Владимир Иванович;
Шкатуло Наталья Дмитриевна;
Папковский Петр Иванович; Харитончик Дмитрий Иванович (BY)
(73) Патентообладатель: Государственное научное учреждение "Объединенный институт машиностроения
Национальной академии наук Беларуси" (BY)
BY 16216 C1 2012.08.30
BY (11) 16216
(13) C1
(19)
(56) ЛАХТИН Ю.М. и др. Теория и технология азотирования. - М.: Металлургия, 1991. - С. 237-239.
Материаловедение. Лабораторный практикум. Ч. 1. Металлы. - Нальчик, 2003. С. 59-61.
ЛАХТИН Ю.М. Металловедение и
термическая обработка металлов. - М.:
Металлургия, 1984. - С. 153-157.
ЗУЕВ В.М. Термическая обработка
металлов. - М.: Высшая школа, 1986. С. 52-59.
ГУЛЯЕВ А.П. Металловедение. - М.:
Металлургия, 1986. - С. 210-217, 220221.
(57)
Способ термической обработки конструкционной легированной азотируемой стали,
заключающийся в том, что сталь нагревают выше точки AC3, осуществляют выдержку с
получением неоднородного по химическому составу аустенита, закаливают и осуществляют высокий отпуск с получением микроструктуры, состоящей из сорбита и 3-5 % феррита.
Изобретение относится к технологии термической обработки металлов и сплавов и
может быть применено при изготовлении крупногабаритных зубчатых колес из легированных улучшаемых сталей, в том числе и алюминесодержащих.
В производственной практике заводов крупносерийного выпуска стальных деталей
зачастую возникают затруднения при механической обработке, что резко снижает производительность труда и негативно влияет на качество продукции.
Основным фактором, влияющим на обрабатываемость сталей, является микроструктура металла (ее фазовые составляющие, твердость) в исходном состоянии или специально
полученная после предварительной термической обработки. Получением той или иной
структуры обеспечиваются служебные свойства и использование стали для конкретных
целей.
Поскольку в основе механики резания лежат процессы пластического деформирования, то при решении проблемы достаточно эффективной оказалась методика обеспечения
BY 16216 C1 2012.08.30
обрабатываемости легированных сталей за счет допуска в микроструктуре регламентированного количества различных фазовых составляющих (в данном случае феррита в сорбитной матрице). Зарождение дислокаций и пластической деформации наиболее активно
происходит в узлах сопряжения фаз, имеющих различные кристаллические решетки, что
характерно для мартенситных, сорбитных и ферритных фаз. Механизм возникновения
дислокаций и макролизованной пластической деформации, формирующей в конечном
счете процессы резания, основан на химической и структурной неоднородности зерна
вблизи его границ. Распространению пластической деформации активно будет способствовать феррит, имеющийся в улучшенной сорбитной структуре заготовки, подлежащей
обработке резанием. При этом количество феррита должно быть регламентируемым для
сохранения конструкционной прочности материала [1, 2].
Определенную твердость и субструктуру металла позволяет создать термическая обработка путем воздействия на микроструктуру матрицы и избыточных фаз, благодаря чему улучшаются технологические свойства, в частности обрабатываемость, и
обеспечиваются требуемые механические характеристики готовых изделий.
Известен способ термической обработки стали, согласно которому для получения требуемой твердости стали, предназначенной для азотирования, проводят двухстадийную обработку: сталь подвергают сфероидизирующему отжигу до твердости HB≥180, которую
затем повышают до HB = 250 за счет холодной обработки давлением [3].
Известен способ термической обработки сталей, по которому формирование двухфазной микроструктуры в стали (мартенсит + феррит) для придания служебных свойств производится по методике неполной закалки с недогревом. Способ предусматривает
термическую обработку стальных заготовок звеньев цепи и включает быстрый, краткий
нагрев с помощью электрического тока до температуры 830 °С. При этом образовавшаяся
микроструктура состоит из аустенита и частично сохранившегося феррита. Затем заготовку закаливают методом быстрого охлаждения, формируя двухфазную структуру - мартенсит и феррит [4]. Недостатком способа является то, что такой режим нагрева не
обеспечивает полноты фазовых аустенитных превращений и получаемая закаленная микроструктура стали содержит в мартенситной матрице включения исходного феррита. Согласно классификации видов термической обработки, способ относится к неполной
закалке с недогревом, при котором твердость и прочность стали оказываются более низкими по сравнению с полученными при полной закалке стали с однородным гомогенизированным аустенитом [5].
В качестве ближайшего аналога выбран способ термической обработки азотируемых
легированных сталей, применяемых для тяжелонагруженных деталей машин, работающих
в условиях циклических и контактных нагрузок, к которым относятся и зубчатые колеса.
Способ включает нагрев до температуры выше точки AC3, выдержку при этой температуре
для завершения фазовых превращений и гомогенизации аустенита, закалку (в масле или
воде) и последующий отпуск при температуре 600-650 °С [6].
Такой способ термической обработки (закалка с последующим высоким отпуском)
называется улучшением и применяется для получения требуемых твердости и физикомеханических свойств.
Микроструктура легированных сталей, сформировавшаяся после улучшения, представляет собой равномерно травящийся сорбит с твердостью 285-375 HB [7]. При этом
обеспечиваются требуемые прочностные свойства стали, однако обрабатываемость ее неудовлетворительная. Особенно это проявляется при обработке резанием и долблении
зубьев стальных крупногабаритных заготовок зубчатых колес.
Улучшение обрабатываемости за счет снижения твердости (230-240 HB) более высокотемпературным отпуском в данном случае неприемлемо, так как приведет к потере
прочностных свойств сердцевины зубьев колес. Способы термической обработки (нормализация и отжиг), применяемые в массовом машиностроительном производстве для уве2
BY 16216 C1 2012.08.30
личения обрабатываемости стали резанием, в данном случае также неприемлемы, так как
не обеспечивают необходимое качество стали (по показателям твердости и прочности)
азотированных деталей.
Задачей настоящего изобретения является обеспечение необходимых служебных
свойств легированных азотируемых сталей, позволяющих улучшить обрабатываемость
заготовок изделий без снижения твердости и конструкционной прочности.
Задача решена в способе термической обработки конструкционных легированных азотируемых сталей, включающем нагрев до температуры выше точки AC3, выдержку при
данной температуре, закалку в масле и высокий отпуск, причем, согласно изобретению,
нагрев стальных заготовок под закалку производят до образования неоднородного по химическому составу аустенита во всем объеме изделия.
Принципиальное отличие разработанного способа, по сравнению с ближайшем аналогом, заключается в том, что микроструктура стали при закалке формируется вследствие
распада неоднородного аустенита, что позволило получить двухфазную микроструктуру
(мартенсит + феррит) в отличие от однофазной (мартенситной), образующейся при распаде гомогенизированного аустенита. Причем, согласно изобретению, улучшение обрабатываемости стали резанием обеспечено без понижения твердости и прочностных свойств,
несмотря на наличие в микроструктуре ферритной составляющей. Это обусловлено тем,
что в процессе мартенситного превращения неоднородного аустенита образовавшийся
феррит претерпевает непрерывное изменение механического состояния, возникает напряженное состояние феррита и фазовый наклеп, который приводит к повышению его микротвердости до 200-238 HV0,025 и упрочнению.
Условия аустенизации и соответственно состояние аустенита в надкритическом районе температур, согласно процессам фазовых превращений в стали, оказывают большое
влияние на виды и свойства структур, образующихся при закалке.
После образования аустенита во всем объеме в соответствии с изотермическими диаграммами этот вновь образовавшийся аустенит неоднороден даже в объеме одного зерна:
по месту перлитного цементита и перлита содержание углерода больше, чем в местах
бывшего феррита. Для получения однородного, гомогенизированного аустенита по содержанию во всем объеме как углерода, так и легирующих элементов требуется дополнительная выдержка, продолжительностью которой можно регулировать уровень
гомогенизации аустенита. Свойства и строение продуктов превращения распада переохлажденного аустенита при одинаковых условиях охлаждения зависят от степени его гомогенизации. Однородный (гомогенизированный аустенит) превращается в мартенсит, из
неоднородного аустенита образуются различные виды структур его распада: мартенситные, трооститные, бейнитные, ферритные. Таким образом, оптимизация термического режима образования аустенита позволяет получить требуемый комплекс служебных свойств
стали.
Пример применения.
Предлагаемый способ термической обработки может быть иллюстрирован следующим примером.
Термической обработке были подвержены заготовки легированной азотируемой стали
38Х2МЮА для изготовления зубчатых колес карьерных самосвалов "БелАЗ" по следующим режимам (таблица).
Полученная твердость заготовок, термообработанных по предлагаемому способу, соответствует требованиям технических условий чертежа, претензий по мехобработке не
имелось, прочностные свойства стали не понизились. Обеспечено необходимое соответствие между технологическими (обрабатываемостью) и прочностными свойствами материала деталей.
Предлагаемый способ термической обработки наиболее эффективен для легированных
сталей, имеющих высокую прокаливаемость и однородную сорбитную структуру по все3
BY 16216 C1 2012.08.30
му сечению после улучшения (закалки и высокого отпуска), обработка деталей при которой затруднена без частой замены инструмента. Может производиться, не выходя из сути,
представленной настоящим изобретением, для стальных заготовок различных деталей выдержкой при гомогенизации аустенита.
Твердость и микроструктура заготовок после термической обработки
по различным режимам
№
п/п
1
2
Параметры качества
Микроструктура
Виды и режимы термической обТвердость, микротвер(определение метоработки
дость структурных составдом металлографичеляющих
ского анализа)
Прототип:
Закалка - нагрев до температуры
Твердость - 302 HB,
930 °С, выдержка - 2,5 часа,
Сорбит мелкодисмикротвердость
охлаждение - в масле.
персного строения
Отпуск - при температуре 610 °С, сорбита - 301-310 HV0,025
в течение 5 часов, охлаждение на
воздухе
Предлагаемый способ:
Закалка - нагрев до температуры
Твердость - 285-295 HB,
Сорбит дисперсного
930 °С, выдержка - 1 час, охламикротвердость:
строения,
ждение - в масле.
сорбита - 295-310 HV0,025;
феррит 3-5 %
Отпуск - при температуре 610 °С,
феррита - 200-238 HV0,025
в течение 5 часов, охлаждение на
воздухе
Источники информации:
1. Моисеенко В.М., Мариев П.Л. Основы структурной равнопрочности стали и элементов крупногабаритных деталей машин. - Минск: ИТК НАН Беларуси, 1999. - С. 27-70.
2. Стариков В.К. Дислокационные представления о резании металлов. - М.: Машиностроение, 1979. - С. 5-140.
3. Патент JP 3849296 B2, 11335732 A, 2006.
4. Патент JP 4093763 B2, 2008.
5. Лахтин Ю.М. Металловедение и термическая обработка металлов. - М.: Металлургия. - 1976. - С. 225-227.
6. Лахтин Ю.М., Коган Я.Д., Шпис Г.И., Бемер З. Теория и технология азотирования. М.: Металлургия, 1991. - С. 238.
7. Шмыков А.А. Справочник термистов. - Ленинград, 1961. - С. 206.
Национальный центр интеллектуальной собственности.
220034, г. Минск, ул. Козлова, 20.
4
Документ
Категория
Без категории
Просмотров
0
Размер файла
93 Кб
Теги
by16216, патент
1/--страниц
Пожаловаться на содержимое документа