2.5 Фазовые и структурные превращения при нагреве закаленной стали у8а

Матрица из углеродистой стали подвергают отпуску для снятия внутренних напряжений, повышения прочности и вязкости стали. Твердость стали У8А после закалки составит 61 – 63 HRC, а ударная вязкость не пре­вышает 20 Дж/см². Одним из достоинств стали У8А является сохранение чистой поверхности при закалке в воде, что облегчает проведение дальнейшего отпуска (отпадает необходимость в промывке и обезжиривании изделий).

Отпуск при Т = 200 - 220°С в большей степени снижает напряжения, при снижении твердости до 56-58 HRC.

Критический диаметр стали У8А 15-20мм в воде, поэтому матрица прокалится не насквозь.

Для стали марки У8А характерен низкий отпуск, который является конечной операцией термической обработки. Структура после закалки состоит из 97-98 % мартенсита, карбидов и 4-5 % остаточного аустенита (что обеспечивает высокое сопротивление пластической деформации в рабочих кромках). При нагреве после закалки происходит распад мартенсита с выделением карбидов. Распад мартенсита в зависимости от температуры нагрева и длительности отпуска претерпевает следующее превращения.

При нагреве до 80°С видимых изменений микроструктуры не происходит, идет образование кластеров, что приводит к некоторому, хотя и незначительному снижению уровня внутренних напряжений.

Дальнейший нагрев в интервале температур от 80 до 200°С происходит первое превращение, которое заключается в распаде пересыщенного твердого раствора с выделением метастабильных карбидов и получения структуры мартенсита отпуска: М + Аост —> М'отп + Аост. Это превращение является первой стадии распада и к концу твердый раствор еще остается достаточно пересыщенным. При распаде выделяются ε-карбиды, когерентно связанные с матрицей, в месте их выделения твердый раствор объединяется по углероду, соседние участки имеют нормальную концентрацию, т.е. соответствующую исходной, такой распад называют двухфазным. Содержание углерода в твердом растворе резко снижается. Полученная структура носит название мартенсит отпуска.

При температуре 200-220°С происходит частичное превращение Аост —> Мотп, происходящая благодаря полиморфному превращению аустенита в мартенсит.

На рисунке 2.15 приведен график механических свойств углеродистой инструментальной стали при повышении температуры отпуска.

Рисунок 2.15 – Механические свойства углеродистой инструментальной стали с 0,75-0,80%С в зависимости от температуры отпуска продолжительностью 1 час[10].

Исходя из данных рисунка 2.15 и таблиц 2.3 - 2.5 можно сказать, что такая термообработка позволит получить заданный комплекс механических свойств спирального сверла:

• σ_т= 760 Н/мм², τ_в= 1650 Н/мм²; 54-58 HRC; структура мартенсит отпуска;

2.6 Совершенствование технологического процесса стали у8а на основе анализа фазово-структурных превращений

Объектом усовершенствования является способ термической обработки

Недостатком рассматриваемой технологии окончательной термической обработки является возможность возникновения закалочных трещин вследствие мартенситного превращения при низких температурах, когда пластичность стали становится низкая, а внутренние напряжения возрастают.

Целью усовершенствования является снижении деформации, повышении прочности на изгиб и ее анизотропии при заданной твердости по сравнению с данным способом термической обработки.

Формула изобретения

1. Способ термической обработки инструмента из инструментальной стали, включающий нагрев под закалку, выдержку, охлаждение и отпуск, отличающийся тем, что охлаждение инструмента сначала ведут до 90 - 100^oС, а затем охлаждают в 3 - 5% водном растворе Na₂СО₃ с температурой 90 - 100^oС и выдержкой 1 - 60 мин и осуществляют нагрев до 200 - 230^oС для отпуска[13].

.

ОБЩИЕ ВЫВОДЫ И РЕКОМЕНДАЦИИ

1. В курсовой работе описаны общая характеристика сталей 40ХН и У8А, металлургический способ производства (кислородно-конвертерный) и этапы передела сталей в готовое изделие;

2. Даны характеристики режимов предварительной, промежуточной и окончательн ой термических обработок заданных сталей;

3. Описаны фазовые и структурные превращения происходящие при нагреве сталей 40ХН и У8А до субкритических температур;

4. Приведены изотермические и термокинетические диаграммы превращения переохлаждённого аустенита сталей и рассмотрены превращения, происходящие при непрерывном охлаждении заданных сталей;

5. Рассмотрены механизм и кинетика процессов, происходящих при отпуске закалённых сталей 40ХН и У8А, а также характеризуются структурные изменения;

6. Для зубчатого колеса из стали 40ХН в качестве предварительной термической обработки предложено провести изотермический отжиг, а для матрицы из стали У8А в качестве окончательной термической обработки применить закалку и отпуск.

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ

1. Лосев А. «Украинская металлургия в 2011 году – чужая на празднике жизни».// Сайт Минфина Украины, точка доступа: www.minfin.gov.ua

2. Научные труды Донецкого Национального Технического Университета, 2011, серия металлургия, выпуск 13 (194)

3. Кудрин В. А. Теория и технология производства стали: : Учебник для вузов / В. А. Кудрин, Ю. В. Кряковский, А. Г. Шалимов. — М.: «Мир», 2003.— 528с.

4. Сорокин В.Г. Стали и сплавы: Марочник / В.Г. Сорокин , М. А. Гервасьев, В. С. Палеев, И. В. Гервасьева, С. Я. Палеева – М.: Машиностроение, 1989. – 638с.

5. Линчевский Б.В. Металлургия черных металлов / Б.В. Линчевский, А.Л. Соболевский, А.А. Кальменев – М., Металлургия, 1986, 360с.

6. Попова А.Е. Изотермические и термокинетические диаграммы распада превращения переохлажденного аус / А.Е. Попова, А.А. Попов. – М.: Металлургия, 1961.– 440 с.

7. Гольдштейн М.И. Специальные стали: Учебник для вузов / С.В. Грачев, Ю.Г.Веклер. – М.: Металлургия, 1985. - 408с.

8. Бернштейн М.Л. Металловедение и термическая обработка. Справочник. В 3-х т. Т П. Основы термической обработки / Под ред. М.Л. Бернштейна, А.Г. Рахштадта - М.:Металлургия, 1983. -368 с.

9. Каменичный И.С. Пособие термисту инструментального цеха./И.С. Каменичный - К.:Техника, 1982. -135 с.

10. Гуляев А.П. Инструментальные стали. Справочник./ А.П. Гуляев - М.Машиностроение, 1975. -270 с.

11. Артингер И. Инструментальные стали и их термическая обработка. Справочник./Артингер И -М.Металлургия, 1982. - 312 с

12. Металловедение и термическая обработка. Справочник. В 3-х т. Т III. Термическая обработка металлопродукции / Под ред. Бернштейна М.Л., Рахштадта А.Г. - М.:Металлургия, 1983.-216 с.

13. Патент на полезную модель по заявке № 2000125934/02, 17.10.2000 от 17.10.2000. Способ термической обработки инструментальных сталей /  Еремин А.И.,Ефанов А.А.

44