RU2561611C2

RU2561611C2 - Thermal processing of parts made of structural steels

Info

Publication number: RU2561611C2
Application number: RU2013153629/02A
Authority: RU
Inventors: Денис Анатольевич Иванов; Отто Николаевич Засухин
Priority date: 2013-12-03
Filing date: 2013-12-03
Publication date: 2015-08-27
Also published as: RU2013153629A

Abstract

FIELD: process engineering.

SUBSTANCE: invention relates to processing of ferrous metals, particularly, to enhancement of structural steel mechanical properties. To up the magnitudes of impact resistance and ductility without loss in strength the part is subjected to quenching and high tempering. Then, this part is processed for 35 minutes with pulsating gas flow at the rate of 25-30 m/s, oscillation frequency of 600-1000 Hz and variable sound pressure of 80-95 dB.

EFFECT: higher impact resistance and ductility without loss in strength.

1 dwg

Description

Заявляемое изобретение относится к области обработки черных металлов, в частности к повышению механических свойств конструкционных сталей.The claimed invention relates to the field of processing of ferrous metals, in particular to improving the mechanical properties of structural steels.

Детали машин в процессе эксплуатации зачастую подвергаются радиальному биению и другим нагружениям динамического характера, поэтому упрочняющая обработка деталей машин должна помимо достаточной статической прочности обеспечивать высокую устойчивость к ударным нагрузкам.Machine parts during operation are often subjected to radial run-out and other dynamic loads, therefore, hardening processing of machine parts must, in addition to sufficient static strength, provide high resistance to shock loads.

Наиболее распространенная упрочняющая обработка деталей машин из среднеуглеродистых легированных улучшаемых сталей, таких, как сталь 40Х, представляет собой закалку на мартенсит с последующим высоким отпуском при температуре 550-680°С (улучшение).The most common hardening treatment of machine parts from medium-carbon alloyed steels being improved, such as 40X steel, is martensite hardening followed by high tempering at a temperature of 550-680 ° С (improvement).

В результате подобной термообработки структура стали будет представлять собой сорбит отпуска - дисперсную феррито-цементитную смесь с зернистой формой карбидных включений, которая призвана обеспечить устойчивость изделия к динамическим нагрузкам в сочетании с приемлемым для нетяжелонагруженных деталей значением предела прочности и условного предела текучести.As a result of such heat treatment, the steel structure will be sorbitol tempering - a dispersed ferrite-cementite mixture with a granular form of carbide inclusions, which is designed to provide the product with resistance to dynamic loads in combination with an acceptable tensile strength and conditional yield strength for lightly loaded parts.

Актуальной является задача повышения значений показателей ударной вязкости без снижения показателей прочности термоулучшенных конструкционных легированных сталей, при решении которой целесообразно использовать пульсирующий дозвуковой низкочастотный газовый поток как эффективное, недорогое и экологически чистое средство воздействия на структуру, напряженное состояние и механические свойства металлических изделий.The urgent task is to increase the values of impact strength without reducing the strength indices of thermally improved structural alloy steels, when solving which it is advisable to use a pulsating subsonic low-frequency gas flow as an effective, inexpensive and environmentally friendly means of influencing the structure, stress state and mechanical properties of metal products.

Известен способ термической обработки, которому подвергают изделия или заготовки из двухфазных титановых сплавов (см. патент RU 2417950 С1., опубл. 10.05.2011 г. Бюл. №13.). Изделие из двухфазного титанового сплава ВТ14, нагретое в электропечи до температуры закалки от 850 до 880°C, после требуемой выдержки помещают в рабочую камеру, где охлаждают под действием пульсирующего водовоздушного потока, обладающего скоростью от 25 до 30 м/с, частотой колебаний от 830 до 1000 Гц, импульсным воздушным давлением от 8 до 12 кПа и переменным звуковым давлением от 80 до 90 дБ, оказывающего на закаливающееся изделие комплексное воздействие. Расход воды при этом составляет от 1 до 1,5 л/мин. Данный способ позволяет уменьшить поводку при термической обработке изделий из двухфазных титановых сплавов, а также увеличить их твердость и износостойкость после закалки и последующего старения в сравнении со стандартной термической обработкой.A known method of heat treatment, which is subjected to products or billets of two-phase titanium alloys (see patent RU 2417950 C1., Publ. 05/10/2011 Bull. No. 13.). A product from two-phase titanium alloy VT14, heated in an electric furnace to a hardening temperature of 850 to 880 ° C, after the required exposure is placed in a working chamber, where it is cooled by a pulsating water-air flow with a speed of 25 to 30 m / s, and an oscillation frequency of 830 up to 1000 Hz, pulsed air pressure from 8 to 12 kPa and variable sound pressure from 80 to 90 dB, which has a complex effect on the hardened product. The water consumption in this case is from 1 to 1.5 l / min. This method allows to reduce the leash during heat treatment of products from two-phase titanium alloys, as well as to increase their hardness and wear resistance after hardening and subsequent aging in comparison with standard heat treatment.

Основными недостатками способа являются значительная технологическая сложность при его реализации, связанная с необходимостью быстрого закрепления нагретого изделия в рабочей камере и введения дозированного количества воды в воздушный поток, а также необходимость нахождения нагревательной печи вблизи установки.The main disadvantages of the method are the significant technological complexity in its implementation, associated with the need to quickly fix the heated product in the working chamber and introduce a metered amount of water into the air stream, as well as the need to find a heating furnace near the installation.

Наиболее близким по технической сущности к заявляемому изобретению является способ повышения механических свойств изделий из легированных среднеуглеродистых сталей, прошедших закалку с высоким отпуском (см. Солнцев Ю.П., Пряхин Е.И. Материаловедение. - СПб.: ХИМИЗДАТ, 2004 г. С.285), который заключается в выдержке до 60 часов деталей в атмосфере аммиака при 500-600°C, принятый в качестве ближайшего аналога.Closest to the technical nature of the claimed invention is a method of improving the mechanical properties of products of alloyed medium-carbon steels, hardened with high tempering (see Solntsev Yu.P., Pryakhin E.I. Material Science. - St. Petersburg: KhIMIZDAT, 2004. .285), which consists in holding up to 60 hours of parts in an atmosphere of ammonia at 500-600 ° C, adopted as the closest analogue.

Основным недостатком данного известного способа повышения механических свойств термоулучшенных конструкционных сталей является отсутствие обеспечения достаточной надежности, связанное с недостаточно благоприятным сочетанием значений показателей ударной вязкости, пластичности и прочности, достигаемым в результате его применения. К недостаткам способа также относятся поверхностный характер повышения механических свойств, хрупкость азотированного слоя, использование дорогостоящего оборудования и значительная продолжительность. Способ недостаточно эффективен применительно к экономнолегированным улучшаемым сталям, таким как сталь 40Х, так как в них мало легирующих элементов, нитриды которых обеспечивают упрочнение азотированного слоя.The main disadvantage of this known method of increasing the mechanical properties of thermally advanced structural steels is the lack of sufficient reliability associated with an insufficiently favorable combination of values of impact strength, ductility and strength achieved as a result of its application. The disadvantages of the method also include the surface nature of the increase in mechanical properties, the fragility of the nitrided layer, the use of expensive equipment and a significant duration. The method is not effective enough in relation to economically alloyed improved steels, such as 40X steel, since they have few alloying elements whose nitrides provide hardening of the nitrided layer.

Перед заявляемым изобретением поставлена задача повысить надежность термоулучшенных конструкционных сталей за счет повышения значений показателей ударной вязкости и пластичности без снижения показателей прочности.The claimed invention has the task to increase the reliability of thermally advanced structural steels by increasing the values of impact strength and ductility without reducing the strength.

Решение поставленной задачи достигается тем, что термоулучшенную конструкционную сталь обрабатывают без нагрева пульсирующим газовым потоком, обладающим скоростью от 25 до 30 м/с, частотой колебаний от 600 до 1 000 Гц и переменным звуковым давлением от 80 до 90 дБ до 35 минут.The solution to this problem is achieved by the fact that thermally improved structural steel is treated without heating by a pulsating gas stream having a speed of 25 to 30 m / s, an oscillation frequency of 600 to 1,000 Hz and a variable sound pressure from 80 to 90 dB to 35 minutes.

Таким образом, изобретение позволило получить технический результат, а именно повысить надежность термоулучшенных конструкционных сталей за счет повышения значений показателей ударной вязкости и пластичности без снижения показателей прочности.Thus, the invention allowed to obtain a technical result, namely to increase the reliability of thermally advanced structural steels by increasing the values of impact strength and ductility without reducing the strength.

На фиг.1 приведена таблица, характеризующая свойства стали 40Х после закалки и стандартного высокого отпуска при температуре 580°C и такой же термообработки с последующей обработкой пульсирующим газовым потоком в течение 35 мин без нагрева, где σ_В - временное сопротивление разрыву (МПа); σ_0,2 - условный предел текучести (МПа); KCU - ударная вязкость (МДж/м²); δ - относительное удлинение (%); HRC - твердость (безразмерные единицы Роквелла).Figure 1 shows a table characterizing the properties of steel 40X after quenching and standard high tempering at a temperature of 580 ° C and the same heat treatment, followed by treatment with a pulsating gas stream for 35 min without heating, where σ _B is the tensile strength (MPa); σ _0.2 - conditional yield strength (MPa); KCU — impact strength (MJ / m ² ); δ is the elongation (%); HRC - hardness (Rockwell dimensionless units).

Заявляемое изобретение реализуется следующим образом: термоулучшенную (подвергнутую закалке и высокому отпуску по стандартным режимам) конструкционную сталь обрабатывают без нагрева пульсирующим газовым потоком, обладающим скоростью от 25 до 30 м/с, частотой колебаний от 600 до 1000 Гц и переменным звуковым давлением от 80 до 90 дБ до 35 минут. В качестве газа используют воздух.The invention is implemented as follows: thermally improved (subjected to hardening and high tempering according to standard conditions) structural steel is treated without heating with a pulsating gas stream having a speed of 25 to 30 m / s, an oscillation frequency of 600 to 1000 Hz and a variable sound pressure of 80 to 90 dB to 35 minutes. The gas used is air.

В ходе процесса обработки пульсирующим газовым потоком с течением времени механические волны, генерируемые пульсациями газового потока, оказывают существенное воздействие на распределение и подвижность дислокаций в стали, а также влияют на величину остаточных напряжений.During the process of processing a pulsating gas stream over time, the mechanical waves generated by the pulsations of the gas stream have a significant effect on the distribution and mobility of dislocations in steel, and also affect the magnitude of the residual stresses.

Так, для стали 40Х после закалки и стандартного высокого отпуска при температуре 580°С и такой же термообработки с последующей обработкой пульсирующим газовым потоком в течение 35 мин без нагрева были получены несколько более высокие, в сравнении со стандартным термоулучшенным состоянием, значения предела прочности и условного предела текучести при значении относительного удлинения выше более чем на 13% и ударной вязкости выше на 20%.So, for steel 40X, after hardening and standard high tempering at a temperature of 580 ° C and the same heat treatment, followed by treatment with a pulsating gas stream for 35 min without heating, slightly higher values of tensile strength and conditional were obtained in comparison with the standard thermally improved state yield strength with a relative elongation of more than 13% and toughness higher by 20%.

Обработку пульсирующим газовым потоком по приведенным режимам также применяют к готовым термоулучшенным изделиям без дополнительного нагрева.The pulsating gas flow treatment according to the above modes is also applied to finished thermally improved products without additional heating.

Claims

Способ термообработки изделий из конструкционной стали, включающий закалку и высокий отпуск изделия, отличающийся тем, что осуществляют последующую обработку изделия путем воздействия на него в течение 35 мин пульсирующим газовым потоком со скоростью от 25 до 30 м/с, частотой колебаний от 600 до 1000 Гц и переменным звуковым давлением от 80 до 90 дБ. The method of heat treatment of products from structural steel, including hardening and high tempering of the product, characterized in that the subsequent processing of the product is carried out by exposing it to it for 35 minutes with a pulsating gas flow at a speed of 25 to 30 m / s, and a vibration frequency of 600 to 1000 Hz and variable sound pressure from 80 to 90 dB.