CC BY
93
УДК 621.785.796
Е.М. Гринберг, д-р техн. наук, проф., (4872)35-05-81,
nbf62@yandex.ru (Россия, Тула, ТулГУ),
С.С. Гончаров, канд. техн. наук, доц., (4872)35-05-81,
nbf62@yandex.ru (Россия, Тула, ТулГУ),
Е.В. Маркова, асп., (4872)35-05-81, nbf62@yandex.ru
(Россия, Тула, ТулГУ)
ВЛИЯНИЕ РЕЖИМОВ ТЕРМИЧЕСКОЙ ОБРАБОТКИ НА КОЛИЧЕСТВО ОСТАТОЧНОГО АУСТЕНИТА В СТАЛИ 09Х16Н4БЛ
Проанализировано влияние сложного цикла термических операций на количество остаточного аустенита в литой стали 09Х16Н4БЛ, которая применяется для ответственных прецизионных деталей. Получены зависимости влияния температуры и времени термической обработки на количество остаточного аустенита. Предложено изменение технологического процесса термической обработки детали из стали 09Х16Н4БЛ.
Ключевые слова: коррозионно-стойкие стали, фазовый состав, остаточный аустенит, диффузионный отжиг, нормализация, обработка холодом.
Коррозионно-стойкие высокопрочные стали (КВС), применяемые для изготовления ответственных прецизионных деталей, занимают важное место в машиностроении. Размерная стабильность и свойства литых изделий из КВС определяются фазовым составом и структурой материала, которые формируются в процессе кристаллизации и последующей многоступенчатой термической обработки.
Термическая обработка коррозионно-стойких литых КВС представляет собой сложный цикл термических операций, направленный, прежде всего, на уменьшение неоднородности химического состава и структуры стали вследствие дендритной ликвации, а также на минимизацию размерной нестабильности данного класса сталей. Причинами размерной нестабильности ^^С при эксплуатации в условиях климатических колебаний температур могут являться как распад мартенсита, приводящий к уменьшению размеров, так и превращение остаточного аустенита Аост, вызывающее увеличение размеров деталей.
В данной работе изучали влияние термической обработки на количество остаточного аустенита в стали 09Х16Н4БЛ, изделия из которой получают методом точного литья по выплавляемым моделям.
Для уменьшения количества аустенита и повышения его стабильности в нержавеющих сталях типа 09Х16Н4БЛ, применяют различные вариации режимов термической обработки [1]:
- изменение температуры нагрева под закалку;
- обработку холодом;
-послезакалочное старение для получения дефектов упаковки и обеднения аустенита легирующими элементами.
Формирование требуемого уровня свойств КВС происходит как на этапе предварительной термической обработки (диффузионный отжиг, нормализация), так и в ходе окончательной термической обработки (закалка и отпуск).
В сложившейся производственной практике полный цикл термической обработки стали 09Х16Н4БЛ состоит из диффузионного отжига при 1200 °С, 5 часов; нормализации при 1050 °С, 2 часа; закалки от 950 °С; обработки холодом при -70 °С, 2 часа и низкого (300 °С, 2 часа) или высокого (600 °С, 2 часа) отпуска в зависимости от назначения изделия.
После каждого вида термической обработки проводили измерения количества Аост методом гомологических пар. Съёмку дифрактограмм проводили на дифрактометре ДРОН-2 в Со-Ка -излучении (табл. 1).
Таблица 1
Влияние последовательной термической обработки на количество Аост.
Виды термической обработки Количество Аост,%
Литьё 2
Отжиг 3,8
Нормализация 8,8
Закалка 950 °С 12,5
Обработка холодом ( -70 °С) 0
Высокий отпуск 600 °С 0
Закалка 950 °С 13
Обработка холодом (-70 °С) 0
Высокий отпуск 600 °С 0
Низкий отпуск 300 °С 0
Видно, что проведение отжига, а затем нормализации приводит к увеличению количества Аост, а обработка холодом и последующий отпуск уменьшают его количество.
Для установления влияния температуры нагрева под закалку на структуру и фазовый состав стали использовали рентгеноструктурный и микроскопический анализы. Микроскопический анализ проводили с помощью металлографического оптического микроскопа Observer. Dim компании «Zeiss». С увеличением температуры нагрева под закалку количество Аост возрастает (рис.1), что обусловлено повышением содержания углерода и хрома в аустените и связанным с этим снижением мартенсит-ной точки [2]. Согласно металлографическим исследованиям структура за-
калённой стали с ростом температуры нагрева под закалку в диапазоне 900.. .1250 °С зерно аустенита растёт незначительно, однако после закалки от 1000.1100 °С структура стали характеризуется разнозернистостью, наличием извилистых границ, присутствием отрывков границ зёрен, что говорит о процессе вторичной рекристаллизации, одной из причин которой может явиться растворение карбидов хрома и ниобия.
Аост, % 30 1 24 -18 -12 -6 -
О —
О
Рис.1. Влияние температуры закалки и содержания углерода
на количество Аост
Повышенная чувствительность к колебаниям химического состава в пределах марочного отмечена при изменении содержания углерода в стали. Получено, что с увеличением содержания углерода от 0,05 до 0,15 % количество Аост растёт, причём, чем выше температура нагрева под закалку, тем заметнее влияние содержания углерода.
Отпуск, проводимый после закалки, не только снижает уровень внутренних напряжений, формирует требуемую дислокационную, структуру или позволяет получить ферритно-карбидную смесь определённой степени дисперсности, ещё и является одним из эффективных способов регулирования количества и стабильности аустенита. Так, после низкого отпуска в основном проявляется стабилизация, а при высоком - дестабилизация аустенита [2]. Однако длительные выдержки (более 5 часов) при невысоких температурах (250.300 °С) или короткие (1 час) при высоких (550.650 °С) могут вызвать противоположный эффект. Важно для конкретных случаев выбирать режим отпуска, оптимизирующий количество и степень стабильности аустенита.
Наиболее важными параметрами, определяющими температуру отпуска стали, её структурную стабильность и области возможного применения, температура начала образования аустенита (точка Ас1), максимальное количество стабильного аустенита и температура, соответствующая его
образованию. Изменение содержания аустенита после отпуска закалённой стали 09Х16Н4БЛ показано на рис. 2.
Чем выше температура отпуска, тем стабильнее структура после него. Однако с повышением температуры отпуска выше 500 °С увеличивается количество аустенита, большая часть которого при последующем охлаждении превращается в мартенсит, что приводит к уменьшению структурной стабильности стали.
Рис. 2. Влияние температуры отпуска на количество остаточного
аустенита
После высокого отпуска структура стали представляет собой фер-ритно-карбидную смесь, ориентированную по исходному мартенситу.
В процессе отпуска при температуре 550...650 °С в течение 2 часов происходят коагуляция и частичное растворение карбидов, а также образование стабильного аустенита. Однако полученная после такого отпуска структура не равновесна.
На рис. 3 показано влияние времени высокого отпуска на количество Аост. Исследовали три различных цикла термических обработок: №1 - закалка + отпуск 600 °С; №2 - закалка, холод, отпуск 600 °С; №3 - закалка, холод, закалка, холод, отпуск 600 °С. Из графика видно, что минимальное количество Аост характерно для цикла термических обработок №3 (закалка, холод, закалка, холод, отпуск 600 °С), причём для любого времени отпуска.
Наибольшее количество остаточного аустенита получено после закалки 950 °С и последующего отпуска при 600 °С, т.е. при отсутствии обработки холодом.
Для всех трёх циклов термической обработки получено минимальное количество Аост при проведении отпуска в течение 2 часов, причём разница процентного содержания Аосх для циклов №2, 3 является невелика.
Аост, % 20 л
15 -10 -
5 -
0
Рис 3. Влияние времени отпуска на количество Аост
В результате проведенных исследований можно сделать следующие выводы
1. Для повышения структурной стабильности стали 09Х16Н4БЛ рекомендуются следующие параметры заключительных термических операций: закалка 950 °С, обработка холодом и отпуск 600 °С (2 часа) Применение данного процесса термической обработки позволяет получить минимальное количество Аост, при использовании более короткого цикла.
2. Проведение повторного цикла термической обработки (закал-ка+холод+высокий отпуск) нецелесообразно, т.к. количество Аост уменьшается уже после первого этапа заключительной термической обработки.
Список литературы
1. Малинов Л.С. Использование принципа получения метастабиль-ного аустенита, регулирования его количества и стабильности при разработке экономнолегированных сплавов и упрочняющих обработок //МиТОМ №2. 1996. С. 35-39.
2. Азбукин В.Г. [и др.] Повышение структурной стабильности мар-тенситной стали с регулируемым а^у превращением при отпуске / Башае-ва Е.Н., Мещерякова Т.Н. МиТОМ №4. 1982. С. 11-13.
3. Анастасиади Г.П., Колчина Р.В., Смирнова Л.Н. Влияние скорости охлаждения и термической обработки на химическую микронеодно-
родность стали 09Х16Н4БЛ //МиТОМ №9. 1985. С. 35-37.
E.M.Grinberg, S.S. Goncharov, E.V. Markova
THE HEAT TREA TMENTMODES EFFECT ON RESIDUE A USTENITE AMOUNT IN 09Cr16Ni4Nb CAST STEEL
The effect of complex heat treatment operations cycle of the residue austenite amount in 09Cr16Ni4Nb cast steel used for making sensitive precise parts has been studied.
The relations between heat treatment temperature and duration and the residue austenite amount have been obtained. A change to the heat treatment procedure for a part made of 09Cr16Ni4Nb cast steel has been proposed.
Key words: corrosion-resistant steel, phase composition, residue austenite, diffuse annealing, normalizing, cold treatment.
Получено 14.12.11
УДК 621.983.3:621.798.144:669.71
Г. М. Журавлев, д-р техн. наук, проф., (4872)40-16-74
(Россия, Тула, ТулГУ),
Ле Минь Дык, асп., (960) 594-59-99, leminhduc 26@yahoo.com (Россия, Тула, ТулГУ)
РАЗРАБОТКА ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО ПРОЦЕССА ИЗГОТОВЛЕНИЯ ЦЕЛЬНОЙ БАНКИ
Рассмотрен подход к разработке технологического процесса изготовления цельной алюминиевой банки (ГОСТ Р 51756-2001). Проведен расчет геометрии полуфабрикатов вытяжки. Разработан технологический процесс изготовления.
Ключевые слова: вытяжка, банка, деформация.
Технологический процесс производства цельных банок определяется их размерами и соотношением высоты и диаметра. Размеры и тип банки определяется ГОСТ Р 51756-2001. Существующие в настоящее время технологические процессы изготовления построены на базе использования плоских заготовок, вырубаемых из полосового материала с использованием операций вытяжки без утонения стенки с образованием формовкой рельефа донышка и отбортовкой горловины.
Рассмотрим технлогический процесс с применением глубокой вытяжки с прижимом, когда в процессе вытяжки прижим находится под определенным усилием и обеспечивает более высокую точность получения
