способ обработки литых деталей из легированной конструкционной стали

Формула изобретения

СПОСОБ ОБРАБОТКИ ЛИТЫХ ДЕТАЛЕЙ ИЗ ЛЕГИРОВАННОЙ КОНСТРУКЦИОННОЙ СТАЛИ, включающий нагрев с выдержкой при температуре, равной 0,7 Т плавления, в вакуумной печи при разрежении 10^-4 мм рт. ст. и охлаждение, отличающийся тем, что, с целью улучшения обрабатываемости резанием и свариваемости, охлаждение до Ac₁ - (80 - 100)^oС ведут в камере нагрева со скоростью 400 - 530^oС/ч, до 200^oС в камере охлаждения, далее на воздухе.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к термической обработке стали в вакууме, а именно к способам термической обработки литых деталей из легированной конструкционной стали.

Детали, изготовленные методом литья под давлением, имеют высокую нестабильность структуры, что способствует преждевременному износу режущего инструмента при обработке их резанием. Кроме того, в процессе литья происходит перенасыщение деталей (особенно их поверхностного слоя) газовыми примесями, что, как и нестабильность структуры, ухудшает свариваемость, приводит к образованию пор в сварном шве.

Известны способы термической обработки металлов в вакууме. Из них наиболее близким к заявляемому решению является способ обработки, включающий нагрев с выдержкой при температуре, равной 0,7 Т_пл, в вакуумной печи при разрежении 10^-4 мм рт. ст. и охлаждении.

К достоинствам вакуумной термообработки относятся, во-первых, удаление вредных газовых примесей, отсутствие окалины на поверхности обрабатываемого металла, что позволяет исключать операцию механической очистки перед последующей обработкой (например, сваркой).

Однако ни один из известных способов вакуумной термообработки, в том числе и способ, выбранный в качестве прототипа, не обеспечивают стабильности структуры отливок из легированной конструкционной стали. Это приводит к преждевременному износу режущего инструмента при обработке резанием (токарной, сверлильной, например) и ухудшает свариваемость, поскольку способствует образованию дефектов в сварных швах.

Цель изобретения - улучшение обрабатываемости резанием и свариваемости.

Цель достигается тем, что охлаждение с температуры 0,7 Т_пл до А_Cl - (80-100)^оС ведут в камере нагрева со скоростью 400-430^оС/ч, до 200^оС - в камере охлаждения, далее на воздухе.

Способ осуществляют следующим образом.

После механической очистки поверхности детали помещают в вакуумную печь, герметизируют ее и включают насосы. По достижении остаточного давления 10^-4 мм рт. ст. осуществляют нагрев до температуры 0,7 Т_пл.отжигаемой стали и выдерживают при этой температуре 1-3 ч в зависимости от габаритов деталей и их количества, т. е. от величины садки. По окончании выдержки производят ускоренное охлаждение деталей до температуры А_Cl - (80-100)^оС со скоростью 400-430^оС/ч в камере нагрева вакуумной печи. С температуры А_Cl - (80-100)^оС охлаждение производят с произвольной скоростью в камере охлаждения печи. По достижении в камере охлаждения 200^оС печь открывают и охлаждение производят на воздухе.

При нагреве до температуры отжига (0,7 Т _пл.) в металле происходят миграции газовых ионов, вследствие чего за время выдержки при этой температуре из поверхностного слоя деталей удаляются излишки вредных газовых примесей. Кроме того, за время отжига происходит распад мартенситно-бейнитной структуры, полученной после литья, а при последующем охлаждении, вновь образовавшаяся структура стабилизируется. Опытным путем было установлено, что структура с оптимальной зернистостью (феррит + зернистый перлит) получается при охлаждении со скоростью 400-430^оС/ч с температуры отжига (0,7 Т пл. ) до температуры АCl - (80-100)^оС, соответствующей температуре наименьшей устойчивости аустенита в перлитной области. Охлаждение с меньшей скоростью приводит к чрезмерному уменьшению зернистости и повышению пластичности, что при последующей механической обработке приводит к образованию сливной стружки. Повышенная вязкость стали получается и в тех случаях, когда ускоренное охлаждение заканчивается температурой ниже А_Сl - (80-100)^оС.

При охлаждении с большей скоростью в структуре стали сохраняются бейнитные зоны, что приводит, во-первых, к износу режущего инструмента при дальнейшей механической обработке, во-вторых, к появлению дефектов в сварных соединениях. Повышенная твердость и неравномерность структуры стали получаются и при ускоренном охлаждении до температуры выше А_Cl - (80-100)^оС.

При последующем охлаждении, производимом с произвольной скоростью, структура стали не меняется. При этом ограничение температуры охлаждения до 200^оС под вакуумом введено для того, чтобы исключить образование окисленного слоя на поверхности деталей.

П р и м е р. Литые детали из стали 25ХГСЛ и 35ХГСЛ (бобышки, серьги 20х15) после механической очистки подвергались термической обработке в вакуумной печи СЭВ 3,3/11,5 по известному и предлагаемому режимам и по режимам, выходящим за пределы по скорости и температуре охлаждения после отжига. После термообработки детали контролировались по структуре, химическому составу, твердости. Затем, после сварки обработанных деталей с втулкой из стали 30 ХГСА производилась обработка этих деталей резанием и контролировались сварные швы (на каждой сборке из втулки, двух серег и бобышки - три шва). Режимы термообработки и результаты контроля по обрабатываемости резанием и свариваемости приведены в табл. 1, химический состав - в табл. 2.

Как видно из данных 1, после обработки по предлагаемому способу сталь имеет оптимальную для обработки резанием пластичность и равномерную структуру (феррит + зернистый перлит), что благоприятно не только для обработки резанием, но и для свариваемости.

Термообработка по известному способу не обеспечивает равномерности структуры стали - в ней имеются бейнитные зоны.

Бейнитные зоны имеются и в образцах, охлаждение которых с температуры отжига производилось со скоростью выше предлагаемой, и в образцах, охлаждаемых до температуры выше предлагаемой. Наличие бейнитных зон в структуре обрабатываемой стали приводит к преждевременному износу режущего инструмента, а также к появлению дефектов в сварных швах.

При охлаждении отливок со скоростью ниже предлагаемой структура стали становится равномерной (феpрит + перлит), однако чрезмерно повышается пластичность стали, что приводит к образованию сливной стружки при последующей механической обработке. Охлаждение до температуры ниже предлагаемой также приводит к неоптимальной для обработки резанием твердости стали.

Химический состав стали (табл. 2) после термообработки как по известному, так и по предлагаемому способам остается в допустимых пределах. Однако после обработки по предлагаемому способу в стали остается меньше водорода, что способствует повышению качества сварных швов.

Таким образом, предлагаемый способ обработки литых деталей из легированной конструкционной стали позволяет путем стабилизации структуры улучшить обрабатываемость резанием и свариваемость. Долговечность режущего инструмента вследствие этого повышается в среднем на 30-40% , вероятность образования дефектов в сварных швах сведена к минимуму.