1.5. Фазові і структурні перетворення при відпуску сталі 5хнв

Кінцевою стадією термообробки є середній відпуск, який проводять при температурі 480^оС впродовж 85хв., який знижує твердість, яка отримана після гартування, до 43 – 45 HRC. Його також використовують для необхідного поєднання високої міцності, пружності і достатньої в'язкості. Охолоджують виріб після відпуску на повітрі або у печі, оскільки сталь малосхильна до відпускної крихкості.

При відпуску загартованої сталі протікають процеси розпаду мартенситу, утворення цементиту, спеціальних карбідів і їх коагуляція. Розпад мартенситу включає формування сегрегацій атомів вуглецю і легуючих елементів в твердому розчині біля дефектів кристалічної будови, утворення і виділення вуглецю і легуючих елементів у карбідну фазу. При цьому мартенсит, що має об’ємноцентровану тетрагональну гратку, переходить у ферит з ОЦК граткою [5].

Легуючі елементи істотно змінюють кінетику розпаду мартенситу при високих температурах. Карбідоутворюючі елементи сильно уповільнюють розпад мартенситу – виділення з нього вуглецю. Вуглець починає виділятися тільки при 400 – 500^оС^. Таке явище пов'язане із зменшенням термодинамічної активності вуглецю в розчині, тобто із збільшенням сил зв'язку між атомами вуглецю і карбідоутворюючих елементів в розчині.

Утворення спеціальних карбідів (Cr₇C₃, Mn₃C, W₂C, WC) відбувається по механізму безпосереднього зародження в твердому розчині при відпуску легованого мартенситу. Після гартування разом з мартенситом в сталі є до 10% залишкового аустеніту [5]. При відпуску відбувається його розпад. При розпаді залишкового аустеніту на бейніт легуючі елементи (Mn, Cr, W, Ni) підвищують температуру, при якій протікає це перетворення. Кінетика розпаду залишкового аустеніту істотно відрізняється від кінетики ізотермічного розпаду «первинного» аустеніту. Це обумовлено тим, що залишковий аустеніт в структурі розташований у вигляді тонких прошарків між кристалами мартенситу і, отже, знаходиться в напруженому стані.

Таким чином, кінцева структура сталі буде представлена троститом відпуску (рис.1.14).

Рис. 1.14 – Мікроструктура пуансона зі сталі 5ХНВ після відпуску

1.6. Вдосконалення технологічних процесів на основі анализу фазово-структурних перетворень у сталі 5хнв

Як об'єкт удосконалення вибираю спосіб зміцнення, що полягає в гартуванні при температурі 860 ^оС, охолодження виробляється в маслі і відпуску при температурі 480 ^оС, охолодження на повітрі.

Недоліком донного способу є низька ізносостійкість поверхні виробу. Що приводить до порушення гравюри робочої поверхні пуансона.

Мета винаходу - підвищити ізносостійкість робочої поверхні і твердість за рахунок освіти на поверхні карбідної фази.

Поставлена мета досягається тим, що робоча поверхня пуансона піддається плазмовому напиленню вуглецю і азоту.

Формула винаходу:

Спосіб зміцнення обробки пуансонів полягає в гарті і середньому відпуску, що відрізняється тим, що додатково після гарту і відпуску наноситься карбонітрідний шар.

1.7. Висновки і рекомендації

1. Сталь 5ХНВ є середньовуглецевою, інструментальною, доевтектоїдною, штамповою, легованою Cr, Ni, W, яку рекомендовано виплавляти в електродугових печах ДСП – 100.

2. Технологічний процес переділу сталі 5ХНВ в готовий інструмент і фазово – структурні перетворення розглянуто на прикладі пуансону.

3. Запропоновані види і режими попередньої та кінцевої термічної обробки напівфабрикатів і пуансону. Пуансон рекомендовано піддавати гартуванню з високим відпуском.

4. Розглянуті особливості аустенітизації сталі 5ХНВ, дифузійного розпаду переохолодженого аустеніту, мартенситного перетворення, розпаду мартенситу. Розглянуті отримані структури та властивості.

5. Запропоновано удосконалити технологію термообробки штампового інструменту. Рекомендовано проводити плазмове напилення азоту та вуглецю,для збільшення міцності поверхні.

2 ФАЗОВІ І СТРУКТУРНІ ПЕРЕТВОРЕННЯ ПРИ ТЕРМІЧНІЙ ОБРОБЦІ СТАЛІ 20Г

2.1 Загальна характеристика сталі 20Г

З даної сталі рекомендується робити такі деталі: після поліпшення - заклепки відповідального призначення; після цементації або ціанування - поршневі пальці, фрикційні диски, пальці ресор, кулачкові валики, болти, гайки, шестерні, черв'яки і інші деталі з високою твердістю і зносостійкістю поверхні; без термообробки - зварні підмоторні рами, черевики, косинки.

Сталь 20Г відноситься до конструкційної легованої сталі.

Хімічний склад даної сталі представлений в таблиці 2.1 [1]

Таблиця 2.1 -Хімічний склад сталі 20Г по ГОСТ 4543-71, %

C	Si	Mn	P	S	Cu	Ni	Cr
			не більш
0,17-0,24	0,17-0,37	0,.70-1,00	0,035	0,035	0,30	0,30	0,30

Температура критичних точок приведена в таблиці 2.2

Таблиця 2.2 – Температура критичних точок сталі 20Г, ^оС [1]

Ас1	Ас3	Аr3
723	830	830

До додаткових характеристик даної сталі можуть відноситися: Температура кування, ^оС: початку 1260, кінця 750. Перетин до 600 мм, відпал з перекристалізацією (або нормалізація), відпуск.

Зварюваність: зварюється без обмежень (окрім химико-термически оброблених деталей). Способи зварки: РДС, АДс під флюсом і газовим захистом, КТС без обмежень.

Схильність до відпускної здатності: не схильна.

Флокеночуйність: не чутлива.

Для прикладу розглянемо такий виріб, як гайка, ескіз виробу приведений на малюнку 2.1

Мал. 2.1 Ескіз гайки

Маса гайки-1,472 кг

Механічні властивості стали 20Г приведені в таблиці 2.3

Таблиця 2.3- Механічні властивості стали 20Г [2].

Термообробка, стан постачання	Перетин, мм	s0,2, МПа	sB, МПа	d5 %	в %	HB	HRCэ
Пруток. Нормалізація 880 °С, повітря.	25	275	450	24	50
Пруток. Нормалізація 900 °С, повітря. Відпуск 610 °С, повітря.	650	235	430	24		126-163
Цементація 900-920 °С, повітря. Гартування 780-800 °С, масло. Відпуск 180-200 °С, повітря.		325-370	540-590	16	40	146-163	57-63

Механічні властивості залежно від температури відпустки приведені в таблиці 2.4

Таблиця 2.4- Механічні властивості стали залежно від температури відпустки[2].

Температура відпустки °С	σ0,2, МПа	σв, МПа	δ, %	ψ, %	KCU, Дж/м2
Гартування 890 °С, вода. Відпуск 400-600 °С, масло.
400	920	980	6	67	59
500	700	780	12	74	128
600	540	640	15	79	127

Вид постачання: сортовий прокат, у тому числі фасонний: ГОСТ 4543-71, ГОСТ 2590-71, ГОСТ 2591-71, ГОСТ 10702-78. Пруток, що калібрується, ГОСТ 4543-71, ГОСТ 7417-75, ГОСТ 8559-75, ГОСТ 8560-78, ГОСТ 10702-78, ГОСТ 1051-73. Шліфований пруток і сріблянка ГОСТ 4543-71, ГОСТ 14955-77. Лист товстий ГОСТ 1577-81, ГОСТ 19903-74. Смуга ГОСТ 103-76, ГОСТ 82-70. Поковки і ковані заготівки ГОСТ 1133-71, ГОСТ 4543-71 [1].

Впродовж всієї роботи гайка піддається невеликій розтягуючій напрузі, напрузі на кручення. Від матеріалу гайки потрібна маленька схильність до зневуглецювання і окислення при нагріві. Також гайка працює в умовах вібраційних навантажень [3].

Для задоволення даних умов роботи до матеріалу гайки пред'являють таку вимогу: твердість повинна складати 250-270 НВ.

Схема технологічного переділу сталі 20Г в готовий виріб (гайку) наведена на малюнку 2.2.