RU1782246C - Method of thermocyclic treatment of objects - Google Patents

Abstract

Использование: термическа  обработка изделий, работающих в услови х циклического нагружени . например, опорных валков и другого оборудовани  т желого машиностроени . Сущность изобретени : провод т термоциклирование с индукцион- ным нагревом издели  выше Асз и охлаждением выше Мн с записью температурной кривой. При отклонении температурной кривой от линейности увеличивают скорость охлаждени . 1 з.п. ф-лы, 1 табл., 1 ил.Usage: heat treatment of products operating under cyclic loading conditions. for example, backup rolls and other heavy machinery. SUMMARY OF THE INVENTION: thermal cycling is carried out with induction heating of the product above Ac3 and cooling above Mn with recording the temperature curve. When the temperature curve deviates from linearity, the cooling rate is increased. 1 s.p. crystals, 1 tablet, 1 ill.

Description

Изобретение относитс  к термической обработке изделий, работающих в услови х циклического нагружени , а более конкретно опорных валков и другого оборудовани  т желого машиностроени  из сталей с существованием перлитной области распада аус- тенита, таких как 9ХФ, 40ХН и др. Изобретение может быть использовано дл  повышени  надежности изделий, типа опорных валков, работающих в услови х ударных нагрузок.The invention relates to the heat treatment of products operating under cyclic loading, and more particularly supporting rolls and other heavy machinery from steel with the existence of a pearlite region of decomposition of austenite, such as 9XF, 40XN, etc. The invention can be used to increase reliability of products, such as backup rolls operating under shock loads.

Известен способ управлени  термической обработкой в зависимости от величины электрического сопротивлени . Повышение качества закалки достигают измен   скорость охлаждени  в зависимости от величины электрического сопротивлени , при этом момент по влени  троостита определ ют по изменению знака первой производной издели  во времени.A known method of controlling the heat treatment depending on the magnitude of the electrical resistance. An increase in the quality of quenching is achieved by varying the cooling rate depending on the value of electrical resistance, while the moment of appearance of the troostite is determined by the change in sign of the first derivative of the product in time.

Недостаток способа состоит в том, что изменение электросопротивлени  зависит не только от типа возникающих при охлаждении структур, но и при отклонении структуры сплава в сторону изменени  дисперсности, химического состава образующихс  фаз. При таких видах термической обработки как термоциклирование, измен етс  размер зерна от цикла к циклу, возможно изменение и состава выдел ющихс  фаз из-за изменени  состава аустенита вследствие увеличени  степени его легиро- ванности при растворении карбидов. Поэтому данные по электросопротивлению не могут надежно контролировать протекание превращени .The disadvantage of this method is that the change in electrical resistance depends not only on the type of structures that occur during cooling, but also when the structure of the alloy deviates toward a change in the dispersion and chemical composition of the phases formed. In such types of heat treatment as thermal cycling, the grain size changes from cycle to cycle, and the composition of the precipitated phases may change due to a change in the composition of austenite due to an increase in its alloying upon dissolution of carbides. Therefore, the electrical resistance data cannot reliably monitor the progress of the conversion.

Наиболее близким к предлагаемому способу  вл етс  способ термической обработки изделий, по которому изделие после индукционного нагрева до температуры аустенизации подвергаетс  импульсному охлаждению, нагрев и охлаждение провод т циклически, при этом нагрев осуществл ют в интервале Асз-Aci с постепенно снижающейс  температурой, температура нагрева каждого последующего цикла определ етс  из формулыClosest to the proposed method is a method of heat treatment of products, in which the product after induction heating to the austenization temperature is subjected to pulse cooling, heating and cooling are carried out cyclically, while heating is carried out in the range Ac3-Aci with a gradually decreasing temperature, the heating temperature of each the subsequent cycle is determined from the formula

Асз - ActAsz - Act

Ti Асз - Ti Asz -

0-1)0-1)

II

VIVI

0000

ю юyu

4 О4 About

СОWith

где п - число циклов;where n is the number of cycles;

i - пор дковый номер цикла,i is the sequence number of the cycle,

а импульсное охлаждение провод т до остижени  температуры в центре издели  интервале Мп +175°С. Число циклов нагрева и количество импульсов охлаждени  между циклами не менее трех.and pulse cooling is carried out until the temperature in the center of the product reaches the range Mn + 175 ° C. The number of heating cycles and the number of cooling pulses between the cycles is at least three.

Недостатками известного способа  в ютс  невозможность при импульсном охаждении получать в массивных издели х, например, в прокатных валках, однородную труктуру сорбита, а тем более троостита по всему сечению нагретого сло , так как неизбежно возникает и перлит; сортамент изделий , дл  которых известный способ обработки эффективен, ограничен преимущественно трубами и подобными им издели ми; нагрев в интервале Асз-Aci не гарантирует полное отсутствие феррита в структуре, в то врем  как феррит снижает прочность т желонагруженных изделий.The disadvantages of the known method are the impossibility of obtaining, in pulsed cooling, in massive products, for example, in rolling rolls, a uniform sorbitol structure, and especially troostite, over the entire cross section of the heated layer, since perlite inevitably arises; the assortment of products for which the known processing method is effective is limited mainly to pipes and similar products; heating in the Ac3-Aci range does not guarantee the complete absence of ferrite in the structure, while ferrite reduces the strength of heavily loaded products.

Цель изобретени  - получение высокой прочности и ударной в зкости рабочего сло  т желонагруженных изделий путем предотвращени  образовани  перлита.The purpose of the invention is to obtain high strength and toughness of the working layer of yellow-loaded products by preventing the formation of perlite.

Дл  достижени  поставленной цели согласно способу регулировани  структуры превращени  в стали, включающему индукционный нагрев выше Асз и охлаждение сжатым воздухом до температуры выше Мн по всей толщине нагретого сло , нагрев и охлаждение ведут циклически, число термоциклов 3-6, скорость охлаждени  между циклами подбирают так, чтобы при охлаждении издели  ход кривых зависимости температуры от времени охлаждени  был плавный в перлитной области, при такой скорости охлаждени  не выдел етс  феррит в доэвтектоидных ста х и не образуетс  перлит, аустенит переохлаждаетс  в тро- остобейнитную область.In order to achieve the goal, according to the method for controlling the structure of transformation in steel, including induction heating above Ac3 and cooling with compressed air to a temperature above Mn over the entire thickness of the heated layer, heating and cooling are carried out cyclically, the number of thermal cycles 3-6, the cooling rate between cycles is chosen so so that during cooling of the product the temperature dependence of the curves on the cooling time is smooth in the pearlite region, at such a cooling rate, no ferrite is released in the hypereutectoid steels and is not formed pearlite, austenite is subcooled in tro- ostobeynitnuyu area.

Нагрев выше Асз гарантирует полноту а - у превращени , более полное растворение избыточных фаз, вследствие чего аустенит становитс  более устойчивым, что способствует получению дисперсных структур (троосто-бейнит) по всей толщине нагретого сло , в конечном итоге обеспечивает измельчение зерна до 11-12 номера и как следствие высокие значени  твердости (прочности), ударной в зкости. Так как при термоциклической обработке зерно измельчаетс  от цикла к циклу, а мелкое зерно ускор ет превращение, то скорость охлаждени , при которой аустенит переохлаждаетс  в троосто-бейнитную область в первом цикле меньше, чем во втором и т.д., поэтому в каждом термоцикле необходимо контролировать и при необходимости увеличивать скорость охлаждени  дл  предотвращени  образовани  перлита, чтоHeating above Ac3 ensures the completeness of the a - transformation, more complete dissolution of the excess phases, as a result of which the austenite becomes more stable, which contributes to the formation of dispersed structures (troost-beinite) throughout the thickness of the heated layer, ultimately providing grain refinement to 11-12 numbers and as a result, high values of hardness (toughness), impact strength. Since during thermocyclic processing the grain is crushed from cycle to cycle, and fine grain accelerates the conversion, the cooling rate at which austenite is supercooled into a troine-bainitic region is lower in the first cycle than in the second, etc., therefore, in each thermal cycle it is necessary to control and, if necessary, increase the cooling rate to prevent the formation of perlite, which

обеспечивает эффективность термоциклической обработки и высокие механические свойства.provides thermal cycling efficiency and high mechanical properties.

Пример 1. Исследование проводилиExample 1. The study was carried out.

на цилиндрических образцах диаметром 30 мм, длиной 70 мм из стали 9ХФ. В образцы зачеканивали хромель-алюминиевые термопары в центре зоны нагрева и у торцов. Холодные концы термопар соединили с самопишущим устройством типа КСП-4 дл  записи кривых охлаждени . Образцы подвергали термоциклической обработке, число циклов нагрев - охлаждение 6, температура нагрева 1000°С, нагрев токами высокой частоты Гц на промышленной установке, охлаждение при термоциклиро- вании до 470°С спрейерное, сжатым воздухом из заводской магистрали, в конце последнего цикла охлаждение до комнатной температуры. Цель термообработки - получение троосто-бейнитной структуры, наличие в структуре перлита ухудшает качество термообработки. При скорости охлаждени  на кривой охлаждени  Аon cylindrical specimens with a diameter of 30 mm and a length of 70 mm made of 9KhF steel. Chromel-aluminum thermocouples were choked into the samples in the center of the heating zone and at the ends. The cold ends of the thermocouples were connected to a KSP-4 type recorder to record cooling curves. The samples were subjected to thermocyclic treatment, the number of heating – cooling cycles was 6, the heating temperature was 1000 ° C, the heating with high frequency currents of Hz at an industrial plant, the cooling by thermal cycling to 470 ° C, with compressed air from the factory main, at the end of the last cycle, cooling to room temperature. The purpose of heat treatment is to obtain a troine-bainitic structure; the presence of perlite in the structure affects the quality of heat treatment. At cooling rate on cooling curve A

чертежа наблюдаетс  подъем температуры в перлитной области. Это объ сн етс  тем, что превращение аустенита (У) в перлит (П) идет с выделением тепла и температура поэтому повышаетс . Чем больше аустенитаFig. 1 shows a temperature rise in the pearlite region. This is because the conversion of austenite (Y) to perlite (P) proceeds with the release of heat and therefore the temperature rises. More austenite

превратитс  в перлит, тем больше эффект повышени  температуры. При охлаждении со скоростью /с на кривой охлаждени  Б чертежа по вл етс  площадка в перлитной области и перегиб в интервале,температур превращени  аустенита в троосто-бейнит (Т+Б). При этой скорости охлаждени  аустенит только частично превращаетс  в перлит, чем соответствует площадка на кривой охлаждени  в перлитной области, а из непревращенного аустенита при дальнейшем охлаждении образуетс  троостит и бейнит, это про вл етс  на кривой охлаждени  в виде перегиба, При скорости охлаждени  перлитное превращение полностью подавл етс , поэтому в интервале температур перлитного превращени  ход кривой охлажд ени  плавный, крива  В чертежа в интервале температур 500-450°С на кривой охлаждени turns into perlite, the greater the effect of a rise in temperature. When cooling at a speed of / s, the cooling curve B of the drawing shows a site in the pearlite region and an inflection in the range of temperatures of transformation of austenite to trooste beinite (T + B). At this cooling rate, austenite only partially turns into perlite, which corresponds to the area on the cooling curve in the pearlite region, and from further unconverted austenite, troostite and bainite are formed, this appears on the cooling curve in the form of an inflection, At a cooling rate, the pearlite transformation is completely is suppressed, therefore, in the temperature range of pearlite transformation, the cooling curve is smooth, curve B of the drawing in the temperature range of 500-450 ° C on the cooling curve

перегиб, что соответствует превращению аустенита в троосто-бейнит. При крива  охлаждени  имеет монотонный характер из-за отсутстви  превращений, крива  Г чертежа Vi, V2, Vs. V4- скорости охлаждени inflection, which corresponds to the transformation of austenite into troost-bainite. When the cooling curve is monotonous due to the absence of transformations, curve D of the drawing Vi, V2, Vs. V4- cooling rate

стали в области фазовых превращений. В таблице приведены значени  твердости, прочности и ударной в зкости после обработки по указанному способу. Число замеров твердости на каждом образце не менееsteel in the field of phase transformations. The table shows the values of hardness, strength and toughness after processing by the specified method. The number of hardness measurements on each sample is not less than

15, прочность и ударна  в зкость - среднее значение из 3-х измерений.15, strength and toughness is the average of 3 measurements.

Пример 2. Термоциклической обработке подвергали валы шестерни из стали 40Х, длина вала 150 мм, диаметр 50 мм. Температура нагрева 860-880°С токами высокой частоты ( Гц) на промышленной установке, зона нагрева 150 мм. Между нагревами валы охлаждали до 400°С при помощи спрейера сжатым воздухом из заводской магистрали в конце последнего цикла охлаждение до комнатной температуры . Число циклов нагрев - охлаждение 6. Дл  записи кривых охлаждени  в валы заче- канивали хромель-алюмелевые термопары, холодные конца которых соедин ли с самопишущим устройством типа КСП-4. Скорости охлаждени  составл ли , , . При V крива  охлаждени  имела вид кривой А чертежа, при V2 - крива  Б чертежа, при Уз - крива  В чертежа. В таблице приведены результаты измерени  твердости по шкале HRC и микроструктура после обработки указанным способом. Число замеров твердости на каждом изделии не менее 15.Example 2. The heat shafts were subjected to gear shaft made of 40X steel, shaft length 150 mm, diameter 50 mm. The heating temperature is 860-880 ° C with high-frequency currents (Hz) in an industrial installation, the heating zone is 150 mm. Between heating, the shafts were cooled to 400 ° C using a sprayer from the factory main line at the end of the last cycle, cooling to room temperature. The number of heating-cooling cycles is 6. To record the cooling curves, chromel-alumel thermocouples were inserted into the shafts, the cold ends of which were connected to a KSP-4 recorder. The cooling rates were,,. With V, the cooling curve was in the form of curve A of the drawing, with V2, curve B of the drawing, and with Uz, curve C of the drawing. The table shows the results of measuring the hardness on the HRC scale and the microstructure after treatment with the indicated method. The number of hardness measurements on each product is at least 15.

Из таблицы видно, что с увеличением скорости охлаждени  увеличиваютс  значени  твердости и уменьшаетс  разброс значений твердости. Увеличение твердости указывает на образование более дисперс- ных структур, а уменьшение разброса значений твердости свидетельствует об образовании однородной структуры: у стали 9ХФ при охлаждении со скоростью в структуре бейнит + троостит, у стали 40Х при охлаждении со скоростью бей- нитна  структура,It can be seen from the table that with an increase in the cooling rate, the hardness values increase and the dispersion of the hardness values decreases. An increase in hardness indicates the formation of more dispersed structures, and a decrease in the scatter of hardness values indicates the formation of a homogeneous structure: in steel 9XF, cooling at a rate in the structure of bainite + troostite, in steel 40X during cooling at a rate of bainite structure,

Способ управлени  качеством термообработки осуществл етс  следующим образом .A method for controlling the quality of heat treatment is carried out as follows.

Определение момента образовани  5 перлита по кривым охлаждени  служит показателем качества термической обработки. Этот момент определ ют по возрастанию температуры на кривых охлаждени  в области температур превращени  . Ох- 0 лаждение провод т со скоростью, при которой ход кривой охлаждени  в перлитной области плавный, в троосто-бейнитной на кривой охлаждени  - перегиб. При возрастании температуры в перлитной области 5 увеличивают скорость охлаждени  (увеличивают расход охлаждающей среды) до по в- лени  перегиба в троосто-бейнитной области. При плавном ходе кривой охлаждени  в перлитной области и наличии переги- 0 ба в бейнитной или троосто-бейнитной области температур скорость охлаждени  остаетс  неизменной.Determining the moment of formation of 5 perlite from the cooling curves is an indicator of the quality of the heat treatment. This moment is determined by the temperature increase in the cooling curves in the range of transformation temperatures. Cooling is carried out at a speed at which the course of the cooling curve in the pearlite region is smooth, and in the three-bainitic curve on the cooling curve, there is an inflection. With an increase in temperature in the pearlite region 5, the cooling rate is increased (the flow rate of the cooling medium is increased) until the inflection in the troine-bainite region is increased. With a smooth course of the cooling curve in the pearlite region and the presence of distillation in the bainitic or troin-bainitic temperature range, the cooling rate remains unchanged.

Использование предлагаемого способа позволит достичь высокую прочность и 5 ударную в зкость, что приведет к увеличению ресурса работы прокатных валков.Using the proposed method will achieve high strength and 5 impact strength, which will lead to an increase in the service life of the rolling rolls.

Claims (2)

1.Способ термоциклической обработки изделий, включающий многократный индук0 ционный нагрев и охлаждение выше Мн с записью температурной кривой охлаждени , отличающийс  тем, что, с целью обеспечени  высокой прочности и ударной в зкости, нагрев осуществл ют выше Асз, а1. A method of thermocyclic processing of products, including multiple induction heating and cooling above Mn with recording the temperature curve of cooling, characterized in that, in order to ensure high strength and toughness, heating is carried out above Ac3, and 5 охлаждение после каждого нагрева ведут непрерывно сжатым воздухом.5 cooling after each heating is carried out continuously by compressed air. 2.Способ по п. 1,отличающийс  тем, что при отклонении температурной кривой охлаждени  от линейности скорость2. The method according to claim 1, characterized in that when the temperature curve of the cooling deviates from linearity, 0 охлаждени  увеличивают.0 cooling increase. Примечание. Отработанные образцы из стали 9Xt по режиму прототипа количество циклов 6 показали следующие механические свойства: предел прочности 870 МПа; ударна  в зкость 18 Дж/см2. В образцах Л,2,3 содержание перлита не превышало 3-, что обусловило низкую ударную в зкость.Note. Spent samples of 9Xt steel according to the prototype mode, the number of cycles 6 showed the following mechanical properties: tensile strength 870 MPa; impact viscosity 18 J / cm2. In samples L, 2,3, the perlite content did not exceed 3–, which caused a low impact viscosity. 50 100 150 ± С50 100 150 ± C 50 IOC 150 1C50 IOC 150 1C