способ получения стальных изделий

Формула изобретения

СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ СТАЛЬНЫХ ИЗДЕЛИЙ преимущественно из высокопрочной мартеситностареющей стали ЭП 836, включающий обработку резанием горячекатаного прутка для получения изделий заданной формы и размеров и старение, отличающийся тем, что, с целью повышения прочностных характеристик при сохранении пластичности и ударной вязкости на регламентированном уровне 45% , KCU 300 кДж / м² , перед обработкой резанием осуществляют холодную пластическую деформацию со степенью 30 - 40%, старение проводят двукратное, сначала при 530 - 550^oС с выдержкой 1 - 1,5 ч, а затем при 450 10^oС с выдержкой 4 - 4,5 ч, с охлаждением на воздухе.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к изготовлению стальных изделий, обладающих высоким комплексом механических свойств, и может быть использовано в машиностроении.

Наилучшим сочетанием прочности, пластичности и сопротивления хрупкому разрушению в настоящее время обладают мартенситностареющие стали. После закалки они состоят в основном из высоколегированного безуглеродистого мартенсита и некоторого количества остаточного аустенита, имеют сравнительно невысокую твердость и хорошую обрабатываемость резанием. Упрочняющая обработка этих сталей состоит в старении, в процессе которого происходит распад твердых растворов мартенсита и аустенита с выделением высокопрочных интерметаллидов. Наиболее высокими прочностными и пластическими характеристиками обладает высоколегированная сталь ЭП 836 [1].

Известны способы обработки мартенситностареющих сталей, включающие холодную пластическую деформацию в закаленном состоянии и старение [2]. Однако уровень достигаемый механических свойств при этом зависит от химсостава сталей и режимов пластической деформации и старения. Для стали ЭП 836 режимы холодной пластической деформации и старения не разработаны.

Известен способ термомеханической обработки стали ЭП 836, включающий холодную пластическую деформацию в закаленном состоянии, старение, повторную пластическую деформацию и старение [3].

Недостатками способа являются техническая сложность осуществления холодной пластической деформации стали в твердом состаренном состоянии и достижение высокой прочности в полуфабрикате, что затрудняет изготовление изделия нужной формы из упрочненного полуфабриката.

Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности является способ изготовления изделий из стали ЭП 836, включающий обработку резанием горячекатаного прутка для получения изделий заданной формы и размеров и старение при 50010^оС в течение 3 ч [1]. Способ обеспечивает следующий комплекс механических свойств: _b=2200 МПа, _0,2=2100 МПа, =6%, =45%, КСU= 300 кДж/м².

Недостаток способа заключается в том, что он не обеспечивает достижения уровня прочности, соответствующего требованиям современной техники.

Цель изобретения - повышение прочностных характеристик при сохранении пластичности и ударной вязкости на регламентированном уровне 45%, КСU 300 кДж/м².

Цель достигается тем, что перед обработкой резанием осуществляют холодную пластическую деформацию со степенью 30-40%, а старение проводят двухкратно: сначала при 530-550^оС с выдержкой 1,0 - 1,5 ч, затем при 450 10^оС с выдержкой 4,0-4,5 ч с охлаждением на воздухе.

Холодная пластическая деформация горячекатаной стали ЭП836, структура которой представляет собой мартенсит с большой плотностью дислокаций и сильным твердорастворным упрочнением, осуществляется за счет ротационных перестроек в ансамблях сильно взаимодействующих дислокаций. Это приводит к образованию субструктуры с аномально высокой кривизной кристаллической решетки, проявляющейся в образовании мощных петлеобразных экстанкционных контуров, плотность которых растет с увеличением степени деформации. В результате происходит фрагментирование на взаимно разориентированные области размером 1-3 мкм. Увеличение твердости на КRC 4 после деформации на 40% не создает больших трудностей при обработке резанием.

Упрочняющее старение стали ЭП 836 протекает в две стадии: при 400-450^оС с выделением интерметаллидов типа Ni₃Me, при 500-550^oС - интерметаллидов типа Fe₂Me. Температурный интервал старения граничит с интервалом обратного мартенситного превращения, начало которого (А_н) по данным рентгеновских исследований имеет место при 550 10^оС. Пластическая деформация смещает Ан в сторону низких температур (например, при степени деформации смещает А_н в сторону низких температур (например, при степени деформации 40% А_н=530 10^оС). Старение деформированной стали ЭП 836 при температуре несколько большей Ан (первая ступень предлагаемого режима старения) приводит к образованию особой псевдоячеистой структуры, границы ячеек которой оторочены выделением тонких прослоек стабильного остаточного аустенита, и выделению в деформированном мартенсите дисперсных интерметаллидов. На второй ступени старения происходит довыделения интерметаллидов и частичная релаксация напряжений. В результате двухступенчатого старения деформированной стали ЭП 836 по предлагаемой схеме образуется псевдоячеистая структура с повышенным количеством тонких прослоек остаточного аустенита и наличием дисперсных равномерно распределенных интерметаллидов, обеспечивающих повышение прочности с достаточным запасом пластичности.

Способ осуществляют следующим образом.

Из горячекатаного прутка стали ЭП 836 изготавливают заготовки, которые подвергают холодной пластической деформации со степенью 30-40%. Из деформированного прутка способами обработки резанием изготавливают изделия заданной формы и размеров, которые подвергают двукратному старению: сначала при 530 - 550^оС с выдержкой 1,0-1,5 ч, затем при 450 10^оС с выдержкой 4,0 - 4,5 ч с охлаждением на воздухе.

Для получения сравнительных данных проводится обработка по известному способу: изготовление изделий из горячекатаного прутка способами обработки резанием и старение при 500^оС в течение 3 ч. Кроме того осуществляют термомеханическую обработку по предлагаемой схеме, но с другими параметрами пластической деформации и старения.

Контролируют механические свойства изделий при растяжении и ударную вязкость на стандартных образцах. Результаты сведены в таблицу, из которой видно, что максимальное повышение прочности стали ЭП 836 при сохранении пластичности и ударной вязкости на регламентированном уровне 45%, КСU 300 кДж/м² достигается при обработке по предлагаемому способу.

Таким образом, использование предлагаемого способа позволяет сравнительно простыми методами увеличить прочность изделий из стали ЭП 836 на 10% при сохранении пластичности и ударной вязкости на регламентированном уровне.