1.5 Фазовые и структурные превращения при нагреве закалённой
стали 38ХС
Окончательной операцией термической обработки для вала из стали 38ХС является высокий отпуск. Нагрев при данной термической обработке производится до температур – 600-620°С, длительность выдержки составляет 1ч, а охлаждение производится в воде.
Легирующие элементы тормозят процессы при отпуске, смещая их в сторону более высоких температур. Эти элементы влияют и на карбидные превращения, при температурах выше 450°С возможно их диффузионное перераспределение и образование специальных карбидов:
(Fe,Cr)
C→(Cr,Fe)
C
Специальные карбиды могут также зарождаться в пересыщенном легирующим элементом α-растоворе.
После распада твёрдого раствора легирующие элементы (Cr) затрудняют коагуляцию карбидных частиц, задерживают растворение более мелких и рост более крупных частиц при коагуляции.
В матрице происходят процессы возврата, полигонизации и рекристаллизации [8].
Структура после отпуска стали 38ХС состоит из карбидов округлой формы равномерно распределённых в матрице феррита. Такая структура носит название сорбит отпуска (рисунок 1.12).
Твёрдость после окончательной термической обработки вала из стали 38ХС составляет 217-229HB, а требуемое значение твёрдости для вала составляет – 223-235HB, следовательно, полученное значение твёрдости после высокого отпуска удовлетворяет требованиям предъявляемых к валу.
Сотп
Рисунок 1.12 – Микроструктура стали 38ХС после улучшения
1.6 Совершенствование технологических процессов на основе анализа
фазово-структурных превращений стали 38ХС
Объектом усовершенствования выбран способ предварительной термической обработки вала из стали 38ХС.
Недостатком выбранного способа термической обработки является значительный расход электроэнергии для нагрева печи до высоких температур.
Целью усовершенствования является сокращение расхода электроэнергии на нагрев печи путём понижения температуры нагрева.
Средством достижения цели является нагрев изделия на температуру 770-780°С, что поможет сократить расход электроэнергии при нагреве печи до высоких температур.
ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ
Способ предварительной термической обработки вала из стали 38ХС, включающий охлаждение с печью после нагрева, отличающийся тем, что нагрев производится до более низких температур (770-780°С), в результате чего получается структура с крупным зерном феррита, что не усложняет последующую механическую обработку данного изделия.
2 Фазовые и структурные превращения при термической обработке стали х12
Общая характеристика стали х12
Сталь Х12 является инструментальной, легированной, штамповой. Химический состав стали Х12 приведен в таблице 2.1.
Таблица 2.1 – Химический состав стали Х12, % масс [1]
С |
Si |
Mn |
Ni |
S |
P |
Cr |
Mo |
W |
V |
Ti |
Cu |
2-2,2 |
0,1-0,4 |
0,15-0,45 |
до 0,35 |
до 0,03 |
до 0,03 |
11,5-13 |
до 0,2 |
до 0,2 |
до 0,15 |
до 0,03 |
до 0,3 |
Критические точки стали Х12 приведены в таблице 2.2.
Таблица 2.2 – Температуры критических точек стали Х12, °С [1]
-
Ас
Асm
Аrс
Ar
Mн
810
835
770
755
180
Для рассмотрения вопросов фазовых и структурных превращений, выберем готовое изделие из стали Х12 – пуансон для холодного деформирования. Эскиз пуансона и его основные размеры показаны на рисунке 2.1. Масса пуансона – 0,7 кг. Основным требованием, которое предъявляется к пуансону – твёрдость, которая должна иметь значение –НВ=560-620 (HRC=58-61).
В результате закалки от 970°С в масле и отпуска при 180°С с последующим охлаждением на воздухе, так как сталь не склонна к отпускной хрупкости, изделие будет обладать значением твёрдости ≥61 HRC. Прутки и полосы отожжённые или высокоотпущенные имеют твёрдость – 255 HB (26 HRC).
Рисунок 2.1 – Эскиз пуансона для холодной деформации
Сталь Х12 выплавляется кислородно-конверторным способом. Шихтовыми материалами при выплавке в кислородном конвертере являются жидкий передельный чугун с содержанием серы 0,02 – 0,06%, стальной лом до 3%, известь, железная руда, боксит, плавиковый шпат для наведения и разжижения шлака.
Кислород для продувки подаётся под давлением примерно 1 – 1,5 МПа. Раскисление стали производится в ковше ферромарганцем, ферросилицием и алюминием. Феррохром вводится в ковш перед выпуском стали.
Благодаря использованию чистого кислорода для продувки металла, кислородно-конвертерная сталь содержит мало азота, а следовательно её качество заметно повышается.
Разливают эту сталь сифонным способом в слитки квадратного сечения, уширенные кверху, средней массой 8,5 т, а также может быть произведена разливка на машине непрерывного литья заготовок. Высота слитка с прибылью – 2400 мм, верхнее сечение – 825×720 мм, нижнее сечение – 662×562 мм [2].
Сталь Х12 применяется для изготовления: холодных штампов высокой устойчивости против истирания, не подвергающихся сильным ударам и толчкам; волочильных досок; глазков для калибрования пруткового металла под накатку резьбы; гибочных и формовочных штампов; штамповки активной части электрических машин и т.д.
Поставляется эта сталь в виде сортового проката, в том числе фасонного по ГОСТ 5950-73, ГОСТ 2590-71, ГОСТ 2591-71; в виде калиброванного прутка по ГОСТ 5950-73, ГОСТ 7417-75, ГОСТ 8559-75, ГОСТ 8560-78; в виде шлифованного прутка и серебрянки по ГОСТ 5950-73, ГОСТ 14955-77; в виде полосы по ГОСТ 4405-75; в виде поковки и кованных заготовок по ГОСТ 5950-74, ГОСТ 1133-71, ГОСТ 7831-78.
Основные этапы передела стали Х12 в готовое изделие (пуансон) представлены на рисунке 2.2.
Рисунок 2.2 – Схема передела стали Х12 в пуансон
После предварительной термической обработки – гомогенизирующего отжига, слиток конвертерного производства поступает на блюминг 850. Сортамент стана – блюмы сечением 150×150 мм и длинной – 2000 мм. Перед порезкой установлена машина огневой зачистки. Порез проката производят ножницами горячей резки усилием 10 МН.
Прокатанные на стане 850 блюмы транспортируются к стану 350. Сортамент стана – заготовка диаметром 50 мм. Затем производят порез заготовок на размеры: d=50 мм, h= 100 мм. После этого заготовка подвергается свободной ковке-осадке до размеров – d=47 мм, h= 110 мм. Температура начала ковки составляет 1100°С, конца – 850°С.
После промежуточной термической обработки производят механическую обработку, которая включает в себя: токарную обработку, слесарную обработку, контроль твёрдости после термической обработки.
Затем после окончательной термической обработки (закалка с низким отпуском) проводится окончательное шлифование до размеров: d=44 мм, h= 102 мм.