RU2646180C1 - Method for thermocyclic treatment of steels - Google Patents
Method for thermocyclic treatment of steels Download PDFInfo
- Publication number
- RU2646180C1 RU2646180C1 RU2017106373A RU2017106373A RU2646180C1 RU 2646180 C1 RU2646180 C1 RU 2646180C1 RU 2017106373 A RU2017106373 A RU 2017106373A RU 2017106373 A RU2017106373 A RU 2017106373A RU 2646180 C1 RU2646180 C1 RU 2646180C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- temperature
- heating
- tempering
- cycle
- austenite
- Prior art date
Links
Classifications
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C21—METALLURGY OF IRON
- C21D—MODIFYING THE PHYSICAL STRUCTURE OF FERROUS METALS; GENERAL DEVICES FOR HEAT TREATMENT OF FERROUS OR NON-FERROUS METALS OR ALLOYS; MAKING METAL MALLEABLE, e.g. BY DECARBURISATION OR TEMPERING
- C21D1/00—General methods or devices for heat treatment, e.g. annealing, hardening, quenching or tempering
- C21D1/06—Surface hardening
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C21—METALLURGY OF IRON
- C21D—MODIFYING THE PHYSICAL STRUCTURE OF FERROUS METALS; GENERAL DEVICES FOR HEAT TREATMENT OF FERROUS OR NON-FERROUS METALS OR ALLOYS; MAKING METAL MALLEABLE, e.g. BY DECARBURISATION OR TEMPERING
- C21D1/00—General methods or devices for heat treatment, e.g. annealing, hardening, quenching or tempering
- C21D1/18—Hardening; Quenching with or without subsequent tempering
- C21D1/25—Hardening, combined with annealing between 300 degrees Celsius and 600 degrees Celsius, i.e. heat refining ("Vergüten")
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C21—METALLURGY OF IRON
- C21D—MODIFYING THE PHYSICAL STRUCTURE OF FERROUS METALS; GENERAL DEVICES FOR HEAT TREATMENT OF FERROUS OR NON-FERROUS METALS OR ALLOYS; MAKING METAL MALLEABLE, e.g. BY DECARBURISATION OR TEMPERING
- C21D1/00—General methods or devices for heat treatment, e.g. annealing, hardening, quenching or tempering
- C21D1/34—Methods of heating
- C21D1/42—Induction heating
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
- Y02P10/00—Technologies related to metal processing
- Y02P10/25—Process efficiency
Landscapes
- Heat Treatment Of Steel (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к металлургии и машиностроению и может быть использовано для термической обработки стальных изделий. Задачей изобретения является повышение срока службы деталей машин и инструмента, изготовленных из легированных, низколегированных и углеродистых сталей.The invention relates to metallurgy and mechanical engineering and can be used for heat treatment of steel products. The objective of the invention is to increase the service life of machine parts and tools made of alloyed, low alloy and carbon steels.
Известен способ СПОСОБ ТЕРМОЦИКЛИЧЕСКОЙ ОБРАБОТКИ ИНСТРУМЕНТАЛЬНОЙ СТАЛИ (п. 2131469, RU), заключающийся в многократном нагреве образцов выше AC1 на 130-170°С со скоростью 6-35 град/с, охлаждение в цикле ниже AC1 проводят в расплаве солей до температуры 680-750°С с выдержкой при этой температуре 3-9 мин, охлаждение в масле после нагрева в последнем цикле с последующим отпуском ведут при температуре 200-400°С. Недостатками этого способа являются необходимость использования токсичного расплава солей и невозможность получения субмикронных и нанометрических структур.A known method of the METHOD FOR THERMOCYCLIC TREATMENT OF INSTRUMENTAL STEEL (p. 2131469, RU), which consists in repeatedly heating the samples above A C1 at 130-170 ° C at a speed of 6-35 deg / s, cooling in a cycle below A C1 is carried out in a molten salt to a temperature 680-750 ° C with holding at this temperature for 3-9 minutes, cooling in oil after heating in the last cycle with subsequent tempering is carried out at a temperature of 200-400 ° C. The disadvantages of this method are the need to use a toxic molten salt and the inability to obtain submicron and nanometric structures.
Известен способ высокотемпературной термоциклической обработки (циклическая электротермическая обработка), заключающийся в электронагреве со скоростью около 50 К/с до температуры полной аустенизации, охлаждении со скоростью 30-50 К/с до температуры 420-450°С, отвечающий температуре наиболее быстрого изотермического распада аустенита и выдержке его при этой температуре. По окончании выдержки циклы повторяют, в последнем термоцикле осуществляют закалку из аустенитного состояния (Федюкин В.К., Смагоринский М.Е. Термоциклическая обработка металлов и деталей машин. - Л.: Машиностроение, 1989, с. 27). Недостатки данного способа: для получения особо мелкодисперсной структуры стали требуется многократное повторение циклов, т.к. при изотермическом распаде аустенита получаются перлитные зерна, имеющие наследственно большие размеры (измельчение происходит только за счет фазового наклепа); невозможно получение субмикронной - нанокристаллической структуры, т.к. используется в термоциклах временная выдержка, приводящая к росту зерен.A known method of high-temperature thermocyclic processing (cyclic electrothermal treatment), which consists in electric heating at a speed of about 50 K / s to a temperature of complete austenization, cooling at a speed of 30-50 K / s to a temperature of 420-450 ° C, corresponding to the temperature of the fastest isothermal decomposition of austenite and holding it at this temperature. At the end of the exposure, the cycles are repeated, in the last thermal cycle they are quenched from the austenitic state (Fedyukin V.K., Smagorinsky M.E. Thermocyclic treatment of metals and machine parts. - L .: Mashinostroyenie, 1989, p. 27). The disadvantages of this method: to obtain a particularly finely dispersed steel structure requires repeated repetition of cycles, because with isothermal decomposition of austenite, pearlite grains are obtained, which are hereditarily large (grinding occurs only due to phase hardening); it is impossible to obtain a submicron - nanocrystalline structure, because temporary exposure is used in thermal cycles, leading to grain growth.
Наиболее близким решением является способ термоциклической обработки стальных изделий (№2594925), отличающийся тем, что он включает по меньшей мере два цикла нагрева под закалку со скоростью выше 50°С/с до температуры гомогенизации аустенита без выдержки, охлаждения со скоростью, обеспечивающей мартенситное превращение, и отпуск с нагревом со скоростью выше 50°С/с до температуры ниже Ac1 с получением мелкодисперсной структуры стального изделия, причем в каждом последующем цикле нагрев под закалку проводят до температуры ниже, чем в предыдущем.The closest solution is the method of thermocyclic processing of steel products (No. 2594925), characterized in that it includes at least two heating cycles for quenching at a rate above 50 ° C / s to the temperature of austenite homogenization without holding, cooling at a speed that ensures martensitic transformation and tempering with heating at a rate above 50 ° C / s to a temperature below A c1 to obtain a finely divided structure of the steel product, and in each subsequent cycle, quenching is carried out to a temperature lower than in the previous m
Недостатком данного способа является импульсный нагрев без выдержки в первом цикле. Как правило, импульсный нагрев предназначен для формирования поверхностных слоев. Для изделий, толщина которых превосходит зону термического влияния, часто необходима термическая обработка внутренних объемов для придания требуемой прочности всего изделия.The disadvantage of this method is pulsed heating without holding in the first cycle. As a rule, pulsed heating is designed to form surface layers. For products whose thickness exceeds the heat affected zone, it is often necessary to heat-treat the internal volumes to give the required strength to the entire product.
Сущность изобретения заключается в выполнении по меньшей мере двух циклов нагрева под закалку до температуры гомогенизации аустенита и охлаждения со скоростью, обеспечивающей мартенситное превращение, и отпуск с нагревом со скоростью выше 50°С/сек до температуры не выше Ac1, согласно изобретению в первом цикле нагрев осуществляется до температуры аустенизации с выдержкой до полной гомогенизации аустенита, во втором и последующих циклах осуществляется высокоскоростной нагрев под закалку со скоростью 50°С/сек без выдержки до температуры, обеспечивающей гомогенизацию аустенита, температура отпуска в каждом последующем цикле ниже, чем предыдущем.The essence of the invention consists in performing at least two cycles of quenching to the temperature of homogenization of austenite and cooling at a rate that ensures martensitic transformation, and tempering with heating at a speed above 50 ° C / s to a temperature not higher than Ac1, according to the invention, in the first heating cycle it is carried out up to the austenitization temperature with holding until the austenite is completely homogenized; in the second and subsequent cycles, high-speed quenching is carried out at a speed of 50 ° C / s without holding to the temperature, providing homogenization of austenite, the tempering temperature in each subsequent cycle is lower than the previous one.
Первый цикл:First cycle:
- нагрев до температуры выше Ас3, но ниже температуры солидуса (плавления стали);- heating to a temperature above A s3 , but below the solidus temperature (steel melting);
- временная выдержка при этой температуре до полной гомогенизации аустенита во всем объеме изделия;- temporary exposure at this temperature until complete homogenization of austenite in the entire volume of the product;
- охлаждение в среде, обеспечивающей мартенситное превращение;- cooling in an environment providing martensitic transformation;
- кратковременный нагрев стали до температуры ниже Аc1, обеспечивающий распад мартенсита (первый отпуск);- short-term heating of steel to a temperature below A c1 , ensuring the decay of martensite (first vacation);
Второй цикл:Second cycle:
- высокоскоростной импульсный нагрев стали со скоростью не ниже 50 К/с до температуры полной гомогенизации аустенита (значительно выше Аc3), но ниже температуры солидуса (плавления стали), причем температура нагрева тем выше, чем выше скорость нагрева;- high-speed pulsed heating of steel with a speed of at least 50 K / s to the temperature of complete homogenization of austenite (significantly higher than A c3 ), but lower than the solidus temperature (steel melting), and the heating temperature is higher, the higher the heating rate;
- после окончания нагрева - охлаждение в среде или охлаждение за счет отвода тепла во внутренние слои металла, обеспечивающее мартенситное превращение;- after the end of heating - cooling in the medium or cooling due to heat removal to the inner layers of the metal, providing martensitic transformation;
- кратковременный нагрев стали до температуры ниже температуры нагрева при первом отпуске в первом цикле, обеспечивающий распад мартенсита (второй отпуск).- short-term heating of steel to a temperature below the heating temperature during the first tempering in the first cycle, which ensures the decomposition of martensite (second tempering).
Следующий цикл подобен предыдущему. Отличием является снижение температуры предыдущего импульсного нагрева под закалку. Это связано с повышением дисперсности структуры стали после предыдущего цикла, что требует меньше времени гомогенизации аустенита. Снижение температуры отпуска во втором и последующих циклах также связано с увеличением дисперсности структуры и направлено на получение высокой твердости и дисперсности стали. Например, в первом цикле максимальная температура отпуска стали соответствует температуре высокого отпуска, во втором - среднего отпуска, а в третьем - низкого отпуска.The next cycle is similar to the previous one. The difference is a decrease in the temperature of the previous impulse heating for quenching. This is due to an increase in the dispersion of the steel structure after the previous cycle, which requires less time for the homogenization of austenite. The decrease in tempering temperature in the second and subsequent cycles is also associated with an increase in the dispersion of the structure and is aimed at obtaining high hardness and dispersion of steel. For example, in the first cycle, the maximum tempering temperature of steel corresponds to the temperature of high tempering, in the second - average tempering, and in the third - low tempering.
Таким образом, в первом цикле после закалки получается крупнозернистая структура, как правило, реечный или игольчатый мартенсит, который после высокого отпуска распадается с образованием троосто-сорбитной структуры.Thus, in the first cycle after quenching, a coarse-grained structure is obtained, as a rule, rack or needle martensite, which after high tempering breaks up to form a troostor sorbitol structure.
При выполнении последнего цикла последней операцией является отпуск, обеспечивающий заданные структуру и свойства стали.When performing the last cycle, the last operation is tempering, which provides the specified structure and properties of steel.
Количество циклов определяется требуемыми конечными свойствами стали.The number of cycles is determined by the required final properties of the steel.
Сущность происходящих процессов при импульсном нагреве заключается в том, что при нагреве до высоких температур происходит гомогенизация аустенита, а высокая скорость нагрева и охлаждения препятствует росту аустенитного зерна. Кратковременный нагрев под отпуск обеспечивает образование на месте мартенситных зерен, трооститной или сорбитной структуры, размеры зерна которой меньше исходных. Измельчение исходной структуры обусловлено образованием на месте исходного зерна множества центров роста новых зерен, рост которых прекращается при охлаждении без выдержки, что приводит к значительному измельчению структуры. Кратковременность нагрева при отпуске уменьшает внутренние напряжения, приводит к распаду аустенита остаточного и препятствует росту перлитных зерен.The essence of the processes occurring under pulsed heating is that when heated to high temperatures, austenite is homogenized, and a high heating and cooling rate prevents the growth of austenitic grain. Short-term heating for tempering ensures the formation of martensitic grains in place of a troostite or sorbitol structure, the grain size of which is smaller than the initial ones. The grinding of the initial structure is due to the formation of many new grain growth centers in place of the initial grain, the growth of which ceases upon cooling without aging, which leads to a significant refinement of the structure. Short heating during tempering reduces internal stresses, leads to the decomposition of residual austenite and inhibits the growth of pearlite grains.
Использование импульсного нагрева значительно сокращает время термической обработки. При выполнении описанных выше операций существенно повышается дисперсность структуры стали вплоть до субмикронной величины. После последнего отпуска, как правило, образуется «бесструктурный» мартенсит.The use of pulsed heating significantly reduces the heat treatment time. When performing the operations described above, the dispersion of the steel structure significantly increases up to a submicron value. After the last vacation, as a rule, “structureless” martensite is formed.
ПримерExample
Первый цикл:First cycle:
Вал диаметром 50 мм из ст45 нагревается в печи до температуры 850°С, выдерживается в течение 1 часа. Закалка производится в воде. Температура отпуска - 400°С, время отпуска - 1 час. Охлаждение на воздухе.A shaft with a diameter of 50 mm from st45 is heated in a furnace to a temperature of 850 ° C, and is aged for 1 hour. Quenching is done in water. Vacation temperature - 400 ° С, vacation time - 1 hour. Air cooling.
Второй цикл:Second cycle:
Изделие нагревается до температуры примерно 1100°С со скоростью 70°С/с и сразу после окончания нагрева без временной выдержки производится закалка в воде. Далее производится отпуск - нагрев ТВЧ до температуры 400-420°С со скоростью 50-70°С/с и охлаждение со скоростью, препятствующей росту перлитных зерен (в воде или на воздухе).The product is heated to a temperature of about 1100 ° C at a speed of 70 ° C / s and immediately after heating without quenching it is quenched in water. Next, a vacation is made - heating of the high-frequency substance to a temperature of 400-420 ° C at a speed of 50-70 ° C / s and cooling at a speed that prevents the growth of pearlite grains (in water or in air).
Если первые два цикла не обеспечивают требуемые свойства стали, то выполняется дополнительно один или более циклов по тому же принципу с последующим снижением температуры закалки и отпуска.If the first two cycles do not provide the required properties of the steel, then an additional one or more cycles are performed according to the same principle, followed by a decrease in the temperature of quenching and tempering.
В последнем цикле температура и длительность отпуска выбираются из условия требуемой конечной структуры и свойств стали. Как правило, получается бесструктурный мартенсит отпуска (зеренная структура не выявляется с использованием оптических микроскопов - размер зерна менее микрона), троосто-мартенсит или особо мелкодисперсная трооститная структура в зависимости от температуры и временной выдержки.In the last cycle, the temperature and duration of tempering are selected from the conditions of the desired final structure and properties of the steel. As a rule, an unstructured tempering martensite is obtained (the grain structure is not detected using optical microscopes - the grain size is less than a micron), trostan-martensite or a particularly finely dispersed troostite structure depending on temperature and time exposure.
Claims (1)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2017106373A RU2646180C1 (en) | 2017-02-27 | 2017-02-27 | Method for thermocyclic treatment of steels |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2017106373A RU2646180C1 (en) | 2017-02-27 | 2017-02-27 | Method for thermocyclic treatment of steels |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2646180C1 true RU2646180C1 (en) | 2018-03-01 |
Family
ID=61568349
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2017106373A RU2646180C1 (en) | 2017-02-27 | 2017-02-27 | Method for thermocyclic treatment of steels |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2646180C1 (en) |
Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
SU276123A1 (en) * | Я. М. Потак, В. В. Сачков, О. К. Рев кина, Л. М. Певзнер, Л. Н. Бел ков , В. Л. Никольска | METHOD OF THERMAL TREATMENT OF MARTENSITIC-OLD STEPS | ||
SU491701A1 (en) * | 1974-07-25 | 1975-11-15 | ||
SU863674A1 (en) * | 1979-08-08 | 1981-09-15 | Краматорский Научно-Исследовательский И Проектно-Технологический Институт Машиностроения | Method of thermal treatment of billets |
RU2594925C1 (en) * | 2015-03-03 | 2016-08-20 | Алексей Сергеевич Комоликов | Method for thermocyclic steel treatment |
-
2017
- 2017-02-27 RU RU2017106373A patent/RU2646180C1/en not_active IP Right Cessation
Patent Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
SU276123A1 (en) * | Я. М. Потак, В. В. Сачков, О. К. Рев кина, Л. М. Певзнер, Л. Н. Бел ков , В. Л. Никольска | METHOD OF THERMAL TREATMENT OF MARTENSITIC-OLD STEPS | ||
SU491701A1 (en) * | 1974-07-25 | 1975-11-15 | ||
SU863674A1 (en) * | 1979-08-08 | 1981-09-15 | Краматорский Научно-Исследовательский И Проектно-Технологический Институт Машиностроения | Method of thermal treatment of billets |
RU2594925C1 (en) * | 2015-03-03 | 2016-08-20 | Алексей Сергеевич Комоликов | Method for thermocyclic steel treatment |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US8308873B2 (en) | Method of processing steel and steel article | |
JP2017526823A5 (en) | ||
Gramlich et al. | Effect of molybdenum, aluminium and boron on the phase transformation in 4 wt.–% manganese steels | |
US10087512B2 (en) | Steel article having improved contact fatigue resistance and a method of making | |
RU2422540C1 (en) | Procedure for thermal treatment of items out of structural steel | |
KR102349238B1 (en) | Microtreatment and microstructure of carbide containing iron-based alloy | |
CN109022705A (en) | The heat treatment method of potassium steel casting bucket tooth | |
Niazi et al. | Austempering heat treatment of AISI 4340 steel and comparative analysis of various physical properties at different parameters | |
US20110000584A1 (en) | Process for Forming Steel | |
Damon et al. | Short-time induction heat treatment of high speed steel AISI M2: Laboratory proof of concept and application-related component tests | |
RU2646180C1 (en) | Method for thermocyclic treatment of steels | |
RU2594925C1 (en) | Method for thermocyclic steel treatment | |
WO2015188796A1 (en) | Method of heat treatment of bearing steel | |
KR20190094941A (en) | Heat treatment method of high strength bolt | |
EP2853608B1 (en) | Precipitation hardening steel with improved toughness and method | |
Owais et al. | The synergetic effect of hot rolling and heat treatment on mechanical properties: AISI-1045 and JIS-SUP 9 Steel | |
Schino et al. | Quenching and tempering (Q&T) effect on a steel for forging with Cr and Mo addition | |
RU2344182C2 (en) | Method of thermal processing of high-strength maraging steel articles | |
JP6466152B2 (en) | Heat treatment method for boron-containing steel | |
Mirzaev et al. | Effect of intercritical quench hardening on mechanical properties of 11% CR steel | |
Shan et al. | Heat treating of air-hardening high-strength structural steels | |
CN115074494B (en) | Heat treatment method of steel for rod mill | |
Hasanudin et al. | Nitrogen Gas Quenching Pressure Effect on Bs S155 Alloy Steel in Vacuum Furnace | |
RU2770925C1 (en) | Method for heat treatment of forgings made of low-alloy steel | |
Popelyukh et al. | Raising the Properties of Steel 30KhGSA by Creating a Mixed Martensitic-Austenitic Structure |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20190228 |