способ термомеханической обработки сталей

Формула изобретения

СПОСОБ ТЕРМОМЕХАНИЧЕСКОЙ ОБРАБОТКИ СТАЛЕЙ, включающий нагрев до температуры аустенизации, пластическую деформацию, осуществляемую радиальным обжатием, растяжением и кручением, последеформационную выдержку, охлаждение и отпуск, отличающийся тем, что пластическую деформацию проводят в двух взаимно противоположных направлениях с суммарной степенью 19 - 25% при отношении степеней деформации кручением в двух взаимно противоположных направлениях, равным 1,9 - 2,1.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к термомеханической обработке сталей и может быть использовано при разработке технологии изготовления цилиндрических деталей.

Известен способ термомеханической обработки сталей, включающий нагрев до температуры аустенизации, пластическую деформацию, осуществляемую радиальным обжатием, последеформационную выдержку, охлаждение и отпуск [1] Однако схема деформированного состояния, применяемая в данном способе не обеспечивает высокого уровня механических свойств сталей.

Наиболее близким к предлагаемому способу термомеханической обработки сталей является способ, включающий нагрев до температуры аустенизации, пластическую деформацию, осуществляемую радиальным обжатием, растяжением и кручением, последеформационную выдержку, охлаждение и отупск [2] Недостатком данного способа является также схема деформированного состояния, которая не обеспечивает оптимальных наиболее высоких характеристик механических свойств сталей из-за значительной анизотропии упрочнения за счет скручивания металла в одном направлении. Так прочностные свойства на кручение в прямом и обратном направлениях различаются на 70-100 МПа.

Целью изобретения является повышение характеристик прочности, ударной вязкости, пластичности и снижение анизотропии упрочнения.

Поставленная цель достигается тем, что согласно способу термомеханической обработки сталей, включающему нагрев до температуры аустенизации, пластическую деформацию, осуществляемую радиальным обжатием, растяжением и кручением, последеформационную выдержку, охлаждение и отпуск, пластическую деформацию кручением проводят в двух взаимнопротивоположных направлениях. При этом пластическую деформацию кручением проводят с суммарной степенью 19-25% при отношении степеней деформации кручением в двух взаимнопротивоположных направлениях равным 1,9-2,1.

Сущность предлагаемого способа термомеханической обработки сталей заключается в следующем. Сталь нагревают до температуры аустенизации и подвергают пластической деформации радиальным обжатием, растяжением и кручением. Пластическую деформацию радиальным обжатием и растяжением осуществляют по известным оптимальным режимам, а деформацию кручением проводят в двух взаимно противоположных направлениях с суммарной степенью 19-25% При этом пластическую деформацию кручением проводят таким образом, что отношение степеней деформации кручением в двух взаимнопротивоположных направлениях составляет 1,9-2,1, что позволяет снизить анизотропию металла по сечению заготовки и за счет накопления суммарной деформации, являющейся оптимальной (деформация разнонаправленным кручением 19-25%), повышается комплекс механических свойств материала. Далее после формирования структуры деформацией, последеформационной выдержкой формируют полигонизованную структуру стали и фиксируют ее последующим охлаждением. Затем проводят отпуск.

Проведение термомеханической обработки по предлагаемому способу с регламентированными режимами пластической деформации кручением позволяет значительно повысить характеристики прочности, ударную вязкость и пластичность сталей. Кроме того, предлагаемый способ приводит к снижению анизотропии упрочнения, о чем свидетельствует одновременное повышение характеристик прочности, ударной вязкости пластичности, а также уменьшение разницы прочностных свойств на кручение при прямом и обратном нагружениях.

При суммарной степени пластической деформации кручением менее 19% прирост механических свойств незначителен из-за малой величины общей деформации, складывающейся из степени деформации обжатием, растяжением и кручением, и как следствие неравномерной проработки структуры металла по всему сечению заготовки, а при суммарной степени пластической деформации кручением более 25% наблюдается уменьшение величин механических свойств сталей из-за перенасыщения общей деформации, необходимой для термомеханической обработки.

Если отношение степеней деформации кручением в двух взаимно противоположных направлениях менее 1,9, то прирост механических свойств незначителен из-за недостаточной проработки структуры и сохранения при этом направленной зеренной структуры металла. Отношение степеней деформации кручением в двух взаимно противоположных направлениях более 2,1 приводит к увеличению анизотропии и уменьшению всех механических свойств сталей из-за вновь преобладающей степени деформации кручением в одном направлении.

Существенным отличием предлагаемого способа термомеханической обработки сталей от известных технических решений и прототипа является схема деформационного состояния. В известном способе пластическую деформацию осуществляют радиальным обжатием, растяжением и кручением. В предлагаемом способе пластическую деформацию проводят радиальным обжатием, растяжением и кручением в двух взаимно противоположных направлениях.

Существенным отличием предлагаемого способа являются также режимы пластической деформации кручением. Если в известном способе пластическую деформацию кручением проводят с оптимальной степенью 19-23% в одном направлении, то в предлагаемом способе кручение осуществляют с суммарной степенью 19-25% в двух взаимно противоположных направлениях.

Кроме того, существенным отличием предлагаемого способа является то, что пластическую деформацию кручением проводят при отношении степеней пластической деформации кручением в двух взаимно противоположных направлениях равном 1,9-2,1.

П р и м е р. Исследование предлагаемого и известного способа термомеханической обработки проводили на сталях 30ХГСН2А и 30ХН2МФА. Заготовки диаметром 22 мм нагревали до температуры 950-980^оС и подвергали пластической деформации по двум схемам деформированного состояния:

1. Пластическую деформацию осуществляли радиальным обжатием, растяжением и кручением в одном направлении (согласно известному способу).

2. Пластическую деформацию проводили радиальным обжатием, растяжением и кручением в двух взаимно противоположных направлениях (согласно предлагаемому способу).

Пластическую деформацию радиальным обжатием и растяжением осуществляли по известным оптимальным режимам (_обж=20% _раст=20%).

Пластическую деформацию кручением в известном способе осуществляли по оптимальному режиму (_кр=19-23%), а в предлагаемом способе деформацию кручением проводили с суммарной степенью от 7,5 до 31% при различных отношениях степеней деформации кручением в двух взаимно противоположных направлениях.

После пластической деформации проводили последеформационную выдержку и охлаждение в воде. Затем заготовки подвергали отпуску. Сталь 30ХГСН2А отпускали при температуре 200^оС в течение 2 ч, а сталь 30ХН2МФА при температуре 500^оС в течение 2 ч.

Из упрочненных заготовок изготавливали образцы и проводили стандартные механические испытания на растяжение (ГОСТ 1497-84), ударную вязкость (ГОСТ 9454-78) и кручение (ГОСТ 3565-80).

Результаты испытаний приведены в таблицах 1 и 2.

Из приведенных результатов испытаний следует, что термомеханическая обработка по предлагаемому способу с регламентированными режимами деформации кручением (с суммарной степенью деформации кручением 19-25% при отношении степеней деформации кручением в двух взаимнопротивоположных направлениях равным 1,9-2,1) обеспечивает существенное повышение прочностных свойств, ударной вязкости, пластичности, приводит к снижению анизотропии упрочнения, о чем свидетельствует одновременное повышение всех механических свойств, а также уменьшение разницы прочностных свойств на кручение при прямом и обратном нагружениях.

Таким образом, предлагаемый способ термомеханической обработки позволяет существенно повысить весь комплекс механических свойств сталей, снизить анизотропию упрочнения, что обеспечит повышенную конструктивную прочность и эксплуатационную надежность цилиндрических деталей.