способ определения верхней границы температурного интервала нагрева под закалку сталей, преимущественно борсодержащих

Формула изобретения

1. СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ВЕРХНЕЙ ГРАНИЦЫ ТЕМПЕРАТУРНОГО ИНТЕРВАЛА НАГРЕВА ПОД ЗАКАЛКУ СТАЛЕЙ, ПРЕИМУЩЕСТВЕННО БОРСОДЕРЖАЩИХ, включающий предварительную закалку образцов от различных температур аустенизации и определение по ним температуры начала интенсивного роста зерна, отличающийся тем, что, с целью упрощения и повышения точности способа, температуру начала интенсивного роста зерна определяют по максимальному значению прокаливаемости образца на 90% мартенсита.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что прокаливаемость определяют путем измерения блестящей зоны закаленных и обточенных образцов.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к металловедению и термической обработке металлов и может быть использовано для определения температурного интервала нагрева под закалку сталей, преимущественно борсодержащих.

Известен способ определения верхней границы температурного интервала нагрева под закалку сталей, основанный на фиксировании температуры интенсивного роста зерна и включающий закалку серии образцов от температур в интервале 850...1100^оС, изготовление шлифов, выявление исходных границ зерен аустенита методом химического травления, определение среднего размера зерна аустенита методами количественной металлографии согласно ГОСТ 5639-82, построение температурной зависимости среднего размера зерна аустенита.

Недостатком указанного способа является длительное время проведения испытаний (1,5 ч на одну точку). Кроме того выявление границ зерен методом химического травления в сталях, содержащих бор, сопряжено с определенными трудностями: границы выявляются неполностью, что усложняет подбор реактива и режима травления и резко увеличивает количество полей зрения, необходимых для корректной оценки размера зерна.

Наиболее близким техническим решением является способ определения верхней границы температурного интервала нагрева под закалку сталей, основанный на фиксировании температуры наиболее интенсивного роста зерна путем измерения косвенной характеристики - стандартного потенциала. Способ включает нагрев серии образцов в интервале температур 850...1100^оС с шагом 25-50^оС, охлаждение в воде, зачистку от окалины, измерение стандартного потенциала каждого образца, определение производной стандартного потенциала по температуре. По моменту перехода производной из отрицательной в положительную область судят о температуре интенсивного роста зерна, по которой и устанавливают верхнюю границу области рекомендуемых для термообработки температур нагрева.

Однако известный способ имеет следующие недостатки. Его использование предполагает применение двух единиц прецизионного оборудования (потенциостат и двухкоординатный самописец), дефицитных серебросодержащих электродов и вредной (с точки зрения техники безопасности) серной кислоты. Кроме того, поскольку в указанном способе не определяют температуру начала ускоренного роста зерен, и фиксируют температуру, при которой среднее значение размера зерна максимально, то закалка борсодержащих сталей от температуры, определенной известным способом, влечет за собой ухудшение прокаливаемости, так как известно, что рост зерна в борсодержащих сталях в отличие от базовых сопровождается ухудшением прокаливаемости.

Целью предлагаемого изобретения является упрощение и повышение точности определения верхней границы температурного интервала нагрева сталей под закалку.

Цель достигается тем, что температуру начала интенсивного роста зерна определяют по максимальному значению прокаливаемости образца на 90% мартенсита. Способ включает операции предварительной торцовой закалки образцов Джомини (ГОСТ 5657-69) от различных температур аустенизации в интервале 850...1100^оС с шагом 30^оС, их механическую обточку, определение для каждого образца прокаливаемости на 90% мартенсита экспресс-методом по протяженности блестящей зоны, построение температурной зависимости прокаливаемости. Точка экстремума на полученной зависимости соответствует температуре начала интенсивного роста зерна в борсодержащих сталях, по которой и устанавливают верхнюю границу области рекомендуемых для термической обработки температур нагрева.

Предлагаемый способ основан на соответствии стартовой температуры ускоренного роста зерна борсодержащих сталей максимуму на температурной зависимости прокаливаемости на 90% мартенсита. Физическое обоснование метода заключается в следующем. Промышленные борсодержащие стали, раскисленные титаном и алюминием, являются наследственно мелкозернистыми, т.е. сохраняют практически неизменным размер зерна до достаточно высоких температур. Кроме того, регламентируемое ГОСТами содержание бора в сталях (0,002...0,005%) превышает предел его растворимости в аустените при обычно используемых температурах аустенизации (830...930^оС).

Повышение температуры нагрева под закалку до температур Т_кр, при которых размер зерна остается постоянным, способствует увеличению концентрации и равномерности распределения бора и углерода в аустените за счет растворения избыточных борсодержащих фаз. Чем выше температура нагрева, тем больше степень пересыщения раствора при закалочном охлаждении и прокаливаемость на 90% мартенсита (за счет возрастания уровня решеточных напряжений, повышающих плотность дислокаций и инициирующих реализацию сдвигового превращения).

Дальнейший подъем температуры выше Т_кр, сопровождающийся растворением барьерных частиц нитридов титана и алюминия и ускоренным ростом зерна аустенита, вызывает падение прокаливаемости, связанное с формированием в процессе закалочного охлаждения сегрегаций и дисперсных выделений борсодержащей фазы, обеднением твердого раствора бором и образованием ферритных прослоек у границ зерен.

Сопоставительный анализ предлагаемого способа с известным (прототипом) показывает, что он отличается от известного тем, что для установления верхней границы температурного интервала нагрева сталей под закалку используется не измерение стационарного потенциала, а определение максимального значения прокаливаемости образца на 90% мартенсита. Таким образом, заявляемый способ соответствует критерию "новизна" изобретения.

Известные решения не позволяют оперативно устанавливать верхнюю границу температурного интервала нагрева сталей под закалку, соответствующую температуре начала ускоренного роста зерна, что дает основание сделать вывод о соответствии заявляемого технического решения критерию "существенные отличия".

На чертеже представлен характерный вид температурной зависимости прокаливаемости на 90% мартенсита (кривая 1) и среднего размера зерна аустенита (кривая 2).

Предлагаемый способ определения верхней границы температурного интервала нагрева сталей под закалку реализован следующим образом. Образцы (ГОСТ 5657-69) сталей 12Г1Р, 20Г2Р, 30ХРА, 50Р и др. предварительно подвергали торцовой закалке от температур 850...1100^оС с шагом 30^оС и обтачивали на токарно-винторезном станке. Затем для каждого образца штангенциркулем измеряли расстояние от торца до окончания блестящей зоны и определяли прокаливаемость на 90% мартенсита. На этих же образцах химическим травлением шлифов выявляли исходное зерно аустенита и методом количественной металлографии определяли его средний условный диаметр. Затем строили температурные зависимости обоих параметров. Стартовой температуре ускоренного роста зерен аустенита соответствовал максимум прокаливаемости на 90% мартенсита.

Применение предлагаемого способа определения верхней границы температурного интервала нагрева сталей под закалку позволяет упростить процедуру испытаний и повысить точность определения верхней границы температурного интервала нагрева сталей под закалку по сравнению с прототипом.