автореферат диссертации по металлургии, 05.16.01, диссертация на тему:Разработка и исследование процессов скоростной термической обработки пружинных сталей перлитного класса с целью повышения уровня эксплуатационных свойств упругих элементов

Государственный комитет СССР по народному образованию

Московский ордена Ленина,ордена Октябрьской Революции ордена Трудового Красного Знамени государственный технический университет им. Н.Э.Баумана

На правах рукописи

ДУ1Ш1СКИЛ Игорь Олегович

УДК 669.14.010.296:620.18:62(1.19

РАЗРАБОТКА И ИССЛЕДОВАНИЕ ПРОЦЕССОВ СКОРОСТНОЙ ТЕРМИЧЕСКОЙ ОБРАБОТКИ ПРУЯИНШ СТАЛЕЙ ПЕРЛИТНОГО КЛАССА С ЦЕЛБО ПОВЫШЕНИЯ УРОВНЯ ЭКСПЛУАТАЦИОННЫХ СВОЙСТВ УПРУГИХ ЭЛЕМЕНТОВ

Специальность 05.16.01. - Металловедаша и термическая обработка металлов

А В Т 0 "р Е Ф Е Р А Т

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Москва - I9S2

Работа выполнена в Архангельском ордена Трудового Красного Знамени лесотехнической институте.

Научный руководитель - доктор технических наук,

профессор Рахшгадт А.Г.

.Официальные оппоненты - доктор технических наук,

профессор Васильева Е.В. ла5щпдат технических наук Луценко Т.Н. .

Ведущее предприятие - Соломбадьскш машиностроительный

завод, г.. Архангельск.

Защита диссертации состоится " ^ " ё&^П&Л/иУ 1991 г. в 9й • на заседания специализированного Совета К.053.15.13 в .Московском ордена Ленина, ордена Октябрьской Революции л ордена Трудового Красного Знамени государственном техническом университете им. Н.Э.Баумана по адресу: 107005, Москва, 2-ая Бауианскат ул., д. 5.

Ваш отзыв в одном экземпляре, заверенный печатью, просьба выслать по указанному адресу.

С диссертацией можно .ознакомиться в библиотеке ПГТУ см. Н.Э.Баумана. •

Автореферат разослан " Х591 г.

УченыЁ секретарь *

специализированного Совета •

к. т.я., доцент ¡1 {1ЩГ \ И.Н.Шубин

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

• Актуальность работы. Углеродосадержащие пружинные стали ироко применяются в современном машиностроении в качеств» атериала для изготовления различных упругих' элементов*. Экс-луатаци иную на^едаость этих элементов в значительной степе-и определяют такие механические свойства, как пределы упру-' эстий выносливости, а такке и релаксационная стойкость стаи, из которой; они изготовлены. Однако, традиционные методы эрмообработки, особенно-пружин малых сечений,.использующие, ак правило, закалку с нагревом а печи или соляных ваннах,« ^следующий отпуск в отих.условиях нагрева, не позволяют- до-гичь максимально высокого уровня этих механических свойств, зсколько лучвб свойства стальных пружин достигаются гюсле зотершческой закалки, нашедшей а последнее время достаточно фокое. применение, однако'и она На реализует полностью поте-диалъные .возможности, которшй обладает- эта группа пружинных гал'ей.-- Это. положение .объясняется тем, что. применяемые-в этих !учаях способы'Нагрева (печь или соляные ванны \ обладают ря->м. органических" недостатков, не'.по-зволявщих надежно регули->вать и достаточно точно Поддерживать такие важные параметра ¡хнологического режима, (сай температуру., скорость и время 1Грева,'особенно при-обработке тонких листовых и.ленточных фугйх элементов^ Длятакого родр: изделий получение высоко-I сопротивления мальм-пластическим деформациям обусловлено 1ЧНым управление структурным состоянием,стали й, как след-'вие -этого, точным управление основными 'технологическими 1раме'трами нагрева' при термической обработке. Однако извес-к метод термообработки", в значительной мере'свободный от ЕШе перечисленных недостатков --мп скоростная.термообра-тка (СТО), использующая нагрев при эаклляе.и при отпуске . скоростями 10'^ - °/С. .. .-'-.• ... • '"'-..В настоящее.время достаточно-широкое распространение лучили такие внды.скоростного-'ннгрева, как Ълект'рончгрев-дукцион^ый и электроконтактный (нагрев сопротивлением),

плазменный, лазерный,- Причем, наибольший интерес с точки зре ния термообработки пружинных сталей представляет именно злек тронагрев, обеспечивающий принципиальную возможность высокоточного управления всеми его параметрами и', следовательно, возможность управления tí широком диапазоне структурным состо янием стали при закалке и отпуске.

Анализ' физических и технологических основ СТО, разработанных Гря^невьм -В.Н, ,Кидиным И ЛI.,Садовским В.Д. и др., показывает,: что. на-позволяет получить значительно более высокие механические, свойства различных сталей, чем традиционные методы термической обработки. Это обусловлено возможностью получения при CT.Q оптимального структурного состояния. Закономерности его. формирование в конструкционных и инструментальных сталях и влияние на такие механические свойства как прочность и пластичность, в значительной степени определены. Однако, применительно к пружинным сталям вопрос о влиянии различных факторов. СТО на комплекс таких механических свойстз как сопротивление малым пластическим деформациям, выносливость', релаксация напряжений-изучен недостаточно. Из установлена также связь между структурным состоянием стали после РТО и уровнем этих свойств. Это, в свою .очередь, не позволяет достаточно надежно разрабатывать оптимальные режимы скоростной термообработки, позволяющие реализовать максимально высокие значения этих свойств.

Цель работы. Установление зависимости между структурным состоянием пружинных сталей при СТО и уровнем достигаемого при этом комплекса.механических свойств, определяющих высокие эксплуатационные характеристики упругих элементов, и разработка, на этой, основе оптимальных технологических режимов термической обработки. ;

Научная новизна. Установлены особенности скоростной аустенитизации углеродбсодержащих пружинных сталей различной легир^ванности, .Установлена взаимосвязь характеристик структуры-и субструктуры этих сталей после СТО с комплексом механических свойств, таких-как сопротивлени малым .пластическим деформациям, выносливость,релаксация напряжений. Установлена "связь м&зду характеристиками структурного, состо-

[ния и параметрами технологического процесса'СТО пружинных ¡талей. Разработан метод, расчета характеристик йагреватель-юго устройства контактного электронагрева. .

Практическая ценность. На основе установленных зависи-гастей предложен« оптимальные технологические режимы СТО закалки и отпуска) пружинных сталей различной легированности, беспечивагощие высокий уровенй механических свойств. Разра-отана опытно-экспериментальная и опытная промышленная уста-овка для СТО ленточных заготовок и пружин и технологический роцесс термической обработки пластинчатых и гофрированных пругих элементов из пружинных сталей. .

Реализация работы. Разработанные опытно-промышленные становки и предлагаемые режимы СТО прошли промышленное пробирование и внедрены на производственном объединении Севмашпредпрпятие". - '

Апробация работы. По основным результатам работы сдела-ы доклады: на научно-технических конференциях.преподавателей, олодых ученых и специалистов ЛЛТИ, на кафедре î.ff~8 МГТУ м,-Баумана, в 1ШСКБ "Спектр" п/о "Севмашпредприптил" в 986-1990 г.г. '•

Публикации. По теме диссертации опубликовано 4 статьи, научно-технических отчета, получено 2 авторских свидетель-гва на изобретение.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из вве-эния, 5 глав, общих выводов, списка использованной литерала, приложения. Работа изложена на 103 стр. машинописного зкста, содержит 37'рисунков» 7 таблиц, список литературч з 54 наименований. Общий объем работы 158 .стр.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ■' . РДБОТ'Н

Во введении обоснована научная и практическая вктуал.ь-)сть работы, ее цель, научная новизна и практическая ценить результатов исследований. ■

• В первой главе рассмотрено современное состояние вопроса мшенения скоростного нягреча при закалке.и отпуске углеродо->держащих сталей. В работах'Гриднева. В.Н. ,0шкадерова С.П., 1добского В.Д..Дьяченко С.С. и др. глубоко изучены физиче-

окне основы применения СТО при закалке и отпуске конструкцй-онных углеродистых и легированных.сталей.В-них показано, что скоростной нагрев при закалке - скоростная аустенитизация -характеризуется определенными особенностями процесса^-—^ -превращения в сразившая с аустенитизацйей при медленных нагревах. Это объясняется различаем между скоростью нагрева и скоростью диффузии углерода и легирующих элементов, Между скоростью нагрева и скор&стямй' зароадення и роста ^ -фазы. Перечисление' факторы в. значительной "степени меняют кинетику а при очень больших .(более 1000°/с) скоростях й, возможно, механизм еС -превращения.. При определенных условиях при легировании и исходной упорядоченной структуре'возможно без-ди;£фузионно.е<^ -превращение. Аустенит, получаемый при быстром нагреве, мелкозернистый и характеризуется высокой однородностью зерен по размера«, хотя и может быть достаточно неоднороден по содержанию углерода и легирующих элементов.Мартенсит, образовавшая из такого аустенита 6 результате закалки, имеет достаточно мйлый размер кристаллов, сложную субструктуру и специфическую.морфологию. Он-наследует концентрационную неоднородность исходного, аустенита, определяющую.также и повышенную плотность дефектов его кристаллической реоет-ки. ■'

Применение скоростного нагрева при закалке позволяет в • значительной степени сохранить дефэрмационный (в случае нагрева стали иосяе ХОД) или фазсгвыП (в случае нагрева закаген-ной или отпущенной стали) наклеп, что в еще. большей степени монет повысить плотность дефектов строения кристаллов мартенсита. ■.,'.'

Кинетика скоростного отпуска та'кяе Имеет,ряд особенностей. При увеличении скорости нагрева .происходит смещение интервалов превращений при отпуске и.значительное,изменение их интенсивности.' Карбидпобраэованйе при скоростной отпуске тест определенную специфику.■Образующиеся при этом карбиды характеризуются помлпёчнг>1У дисперсностью и могут иметь особую морфологию. Применение высоких скоростей нагрева при отпуске позволяет сформировать структуру с высокодисперсны?«! карбидами при высокой плотности дислокаций в матрице. .При этом в

В

значительной степени задерживаются релаксация внутренних напряжений и рост субзерен </ -фазы.

Механические свойства стали после СТО определяются сформированной при этой обработке структурой. Исследования показали, что более высокие показатели механических свойств стали после СТО по сравнении с обычной термообработкой достигаются при совместном использовании скоростной закалки и скоростного отпуска. В этом случае наблюдается'значительный рост прочности при одновременно высоком уровне пластичности и сопротивления разрушению. '

Анализ результатов исследований, опубликованных в литературе, показал, нтй применение скоростных нагревов при закалке и отпуске, должно дать принципиальную возможность сформировать оптимальное структурное состояние.пружинной стали, обеспечивающее' высокий комплекс ыехакичесч1{х свойств. Для этого необходимо, 'однако, установить зависимость 'структурного состояния.от режимов термической Обработки |ГЮс срязь с уровнем специфических'для 'этих сталей'.механических свойств.

Вторая глава посвящена ■характеристике объектов и методик исследований СТО пружинных с'талёП. В качестве объектов исследований .пыбраны типичные пружинные-стали, имеющие наибольшее промышленное применение.-..Это-стали одного перлитного класса: углеродистая (УВА) ,-.с...'по вышеннцм содержанием марганца (йБГ), легированная кремнием' ( 60С2А)., хромом (У8Ю и хромом и кремнием (70С2Хн); .Все.исследования в,работе. Проведены на ленточных образцах.толщиной 0,3 мм в трех исходных состояниях: отожженном, холодно деформированном (обжатие^ 50%)' и закаленном, в которых ат.и стали поставляются в прогшвленности.

•Для проведения исследований-СТО предложена конструкция экспериментальной, установки с олектроконтактннм ОКИ) позиционным нагревом, заготовки в среде аргона, кмякщая следующие технические характеристики: скорость нагрева до 2-10^ °/с, температура нагрева и изотермической чвдержки - 250 +13С0°С, время изотермической/выдержки'- 0,01 с + 30 м., средняя скорость охлаждения - около .1000 °/с. Установка после изготовления подвергнута исследованию с целью определения реальных характеристик и погрешностей по основным параметрам нагрева

7

для обеспечения достоверности получаемых на ней результатов экспериментов.

Подготовка экспериментальных образцов включала разрезку ленты, шлифовку боковых торцев и электрохимическое полирование после СТО с целью исключения обвзугяероженного и дефектного поверхностного слоя металла. Часть образцов сразу после закалки подвергали .обработке холодом в жидком азоте для снижения количества остаточного аустекита в структуре стали.

После .СТО экспериментальные образцы проходили испытания для определения-следующих физических-и механических-свойств: удельного электросопротивления, твердости, сопротивления малым пластическим-деформациям, усталостной прочности, релаксации напряженийКроме- того были исследованы такие параметры структурного состояния, как величина бывшего аустенитного аерка, строение мартенсита, содержание в нем углерода и его концентрационная неоднородность, количество остаточного аус-тенита й структуре закаленной стали и степень развития процессов отпуска. : • - .

Сопротивление малым пластическим деформациям определяли методом продольного изгиба.

Усталостную прочность определяли при нагружении образца по схеме продольного изгиба на установке собственной конструкции. "

Для проведения микроструктурных исследований использован оптический металлографический микроскоп и электронный микроскоп /"1е$1а".'

Рентгеноструктурный анализ проводили на дифракторметре ДРОН-3 в -излучении.

Результаты- экспериментов обрабатывали на ЭВМ "Искра-.1256" с использованием методов математической статистики.

В третьей главе рассмотрены'вопросы ^моделирования процесса олектроконтактного нагрева (ЭКН).тонких стальных ленточных заготовок и расчета основных параметров нагревательного устройства ЭКН.

Б основе предлагаемой математической модели, .использованы уравнения теплового баланса нагреваемого участа заготовки.

Кривая нагрева заготовки в координатах "темлература-

время" разбита на два.основных участка: участок нагрева'до начала ¿¿—^-превращения и участок аусгегштизации.'

-На первом участке уравнение теплового баланса имеет вид (I) : п _ л + П

& - Чгки 4 У* (I)

где: -тепловыделение в нагреваемом-объекте, пои прохож-

дении через него.электрического тока ; ~ количество теп-

ла, затрачиваемое на повышение температуры ; (Нам - потери тепла излучением.

11а втором участке это уравнение имеет вид (2)

' Р* ~ * * Др*. <2)

где, в.отличие от (1): теплота фазового я^-*-^ - превра-

щения.

Далее переходом от Ш и (Р.) к дифференцированному виду, получены соответственно уравнения (3) и (4):

а

ЫМ + 2 о, Г1) ■ /"• '¿г:

г

(3)

к (¿у (4)

где: - напряжение на зажимах ; £ { ^ } - электрическое сопротивление нагребаемого участка при температуре ^ ; 2" - время нагрева ; - теплоемкость нагреваемой стали .при температуре ^ ; Р и/72 - соответственно площадь поверхности и масса нагреваемого участка ; $ - удельный тепловой эфЪект -превращения ; удельнче теплопотери излучением.

Совместное решение уравнений (3) и (4) позволяет, описать процесс ЗКН и определить основные параметры нагревательного устройства - напряжение на зажимах, ток и мощность в зависимости от задпнной скорости нагрева с учетом характеристики материала и рпэмеров нагрерпэмой заготовки. Расчет процес-^Р ЭКН. целесообрчзно производить- на ЗЗМ. С этой целью разра-5птан зари<ип прографи и приведен пример такого расчета для };Ш отожженной стали УСА.

Нрор^ркт рлочотноЗ модуля приведена.на оксп^датугальноЯ установке СТО путем сравнения расчетной кривой с реальной фивой нагрева, записанной с помощью светолучевого осцилло-

графа. Длй стали УЗА на двух уровнях питающего напряжения отклонение крквьгх не превышает -что позволяет сделать вывод о достаточно высокой степени адекватности предложенной иате-каппескоН Модели и о возможности ее использования для проек-ньк и технологических расчетов." ■

Четвертая глава посвящена исследованию и оптимизации режимов СТО, обеспечивающих получение высокого уровня механических свойстьпружинных сталей. На основе анализа литературы, посвященной исследуемой проблеме, предположили,■что максимально высокий уро&ень механических свойств можно получить в результате достижения совокупности определенных характеристик . структура иусгеиита при достаточно .полном растворении карбидов, особенно содсф^ашж легирутцие элементы, сохранив в то же вре-г/п высокую плотность дефектов строения, полученных в процессе фазового наклепа гсрягб^-переходе, а также наследованных от исходной (перед закалкой) структуры. Это, в свою очередь, при закалочном охл&едсшшпозволит.получить мелкокристаллическую • структуру мартенсита с высокой плотностью дефектов-. Условия, последующего отпуска должны обеспечивать максимальное сохранение исходного деформационного и фазового наклепа, а также наклепа, полученного при скоростной закалке и сохранение измельченной. суверенной ■ структуры с образованием • вьгеокодиспер-сных карбидов. В условиях СТО может быть 'более четко выявлено влияние остаточного аустенита в основной мартенситной структуре на сопротивление малым пластическим деформациям и на процесс развития усталостного разрешения.

На основании изложенного .была принята слсдутцая после-допательность згапов решения .задачи настоящего исследования:

- исследование особенностей структурных изменений при скоростной аустенктизации ; ■ - .

- оптимизации режимов скоростной аустенитнзации и их влияние на уровень ырх?,ни«еских свойств ;

- исследование к оптимизация. режимов скоростного отпуска }

- определение облает технологических редадоп скгросачсЧ •чакаяки и отпуск«, позволяющих получить максимальный ко!.»п-легс «пханичвених м>о!'ств" пружинных стаде':'.

В кг'ггуч'й ис.-ледрге.ния была »'етть-

гг\

4 ' 1

ована.широко распространенная'сталь'пружинная 60С2Л. С целью пределения влияния легирования на особенности протекания роцессов СТО была также изучена структура и свойства стилей ВА, У8Х, 65Г и 70С2ХА. •

При рассмотрении процессов скоростной аустенитизации собое внимание уделено не столько определению температурного нтервала^-1-^ -превращения с использованием измерения физи-еских свойств, сколько установлению те'мпературно-време}Шых нтервалов между инструментальним началом«/--^-превращения го окончанием и моментом достаточно полного растворения арбидов и соответственно, роста кднцентрации углерода иле-ирущих элементов е аусгените при минимальном росте его ерна.

Помимо установления'интервалов скоростной аустенитизации олучены экспериментальные данные, показывающие возможность в езультате ее проведения формирования широкого -спектра струк-урных состояний путем, регулирования основных технологических яраметров нагрева: окорости, температуры й ВрЫленИ изотерми-ескоЯ выдержки. Анализ этих данных в значитёйЬНоЙ степени одтверждает выводы, полученные в работах Гридкева В.Н. и др. тносительно кинетики процессов скоростной аустенитизации. ак показали исследс.рания с увеличением скорости нагрева от

до 5Э00 °/с температуры начала и завершения .процесса аус-енитизации стали, как правило, повышается. Исключение составит только сталь с исходной структурой мартенсита,- для кото-ой сохраняется неизменность указанных температур, и сами они ю-е, чем у стали э исходном холоднодеформированном или отож-зином состояниями.. Легирование стали-кремнием и особенно, ремштем и хромом повышает эти температуры.

При увеличении скорости нагрева от 10 до-10^ Р/с эффект змельчяния зерна наблюдается отчетливо, однако .при дальнейшем' = росте (до %V этот эффект не усиливается. Повьтпа-

не температуры до ШО °С .ие позволяет затормозить рост зер-г даже при высоких (б-'.ЮО °/с-и более) скоростях нагрева.-Усыновлено , что одновременно с измельчением зерна .при скоро-г«ом нагреве увеличиваете.«: и неоднородность аустенита и ^ответственно образовавшегося из.него мартенсита. Степень

П

неоднородности мартенсита оказывается наибольшей при невысоких температурах и.малом (до 1с) времени изотермической вы-дертаи. Анализ дифрактограмм структуры образцов, после скоро-, сгноП аустенитизацин покапывает, что большая неоднородность аустенита (мартенсита^ в значительной степени тормозит развитие "двухфазного" ряспадп мартенсита при закйлке. Это особенно заметно у стали 70С2ХА» легированной хромом и кремнием.

Одновременно с ростом неоднородности исходного аустенита возрастает и количество остаточного аустенита в структуре закаленной стали. Причем анализ линии {2СК&, стали 70С2ХА после скоростной закалки показывает,, что меняется не только его количество, но и состояние, в частности возрастает уровень микронапряжения, что кокет свидетельствовать о высокой плотности дефектов в окружающей его мартенситной структуре.Данные электронной микроскопии подтверждаю? формирование при закалке после скоростной оустанитизации мелкокристаллической структуры мартенсита со значительной плотностью дефектов кристаллической решетки. • .

Наряду с установлением особенностей процесса•скоростной вустенитиу&цш! н его влияния на структуру стали в работе изучена взаимосвязь отдельных параметров структурного состояния и механических свойств прухинных стялеЧ, подвергнутых, скоростной закалке. В частности установлено, резко отрицательное влияние остаточного аустенита на предел упругости ) независимо от режима закалки. Прирост этого свойства после обработки холодом,-естественно, тем больше,'чем вше количество остаточного аустенита'било после закалки. В связи с . стим, максимальный прирост предела упругости' наблюдается у сталей после скоростной зака>ки. Логазатели предела выносливости после заквлки и обработки холодом такте несколько выше.

С влиянием колебаний количества остаточного аустенита связано, "видимо, я некоторое отличие в значении сопротивления малы!.; пластическим деформациям у сталей с различной исходной структурой после скоростной закалки, которое практически исчезпег поох.п обработки холодом.' Прямого влияния исходной (до счорпотч:)'.! закидки- структуры на пред** упругости

чп гыявпенп.

Величина аустенитного зерна и степень неоднородности

Г-.

мартенсита (аустенита) в определенной степени влияют на пределы упругости и выносливости после отпуска. Чей меньше величина зерна аустенита, тем больше степень неоднородности мартенсита и тем'выше уровень этих свойств, но тем ниже устойчивость стали, к разупрочнению при. отпуске.

Исходя из установленных взаимосвязей в работе определены 1 подтверждены зкспериментшьно оптимальные режимы скоростной закалки исследуемых пружиннш сталей.

Изучение.влияния особенностей структурного состояния на уровень механических свойств, достигнутых п результате скоро-;тного отпуска позволило установить взаимосвязь мееду технологическими параметрами нагрева при отпуске, структурой и комплексом получаемых при отом своЯста. Предположили, что температурный диапазон скоростного отпусна, обеспечнаащчй максимальный уровень свойств пружинных сталеГц должен включать в зебя развитие Л превращения л протекание начальной стадии Ш тре'вращения. Этот диапазон в зависимости от легирования стали ¡1 скорости нагрева в интервале ?00-5300°/с. находится в районе температур 300-450 °С. .

В результате исследований скоростного отпуска установлено, что твердость (которую условно можно рассматривать кнк юказатёль сопротивлении большим пластическим деформациям) : ростом температуры и длительности изотермической выдержки три отпуске постепенно снижается, в то время как сопротивлении малым пластическим, деформациям в. зависимости от продол-кительности отпуска характеризуется окстремумом, причем его максимум соответг/пует тем мейыиеЗ продолжительности отпуска, -¡ем вмше его температура. Это свидетельствует о том, что в основе процесса отпуска находятся термически активируемые явления. После обработки холодом, приводящей к частичному треврощенип остаточного аустенита, резко возрастает' велики:« 1редела упругости стали - как непосредственно после закалки :тачи, так и посла наиболее кратковременного отпуска (до 1с). 1ослл» более продолжительного отпуска (1м) -влияние пргтцтри--гельной обработки.холодом (после закалки) не проявляется, гак как в этом случае практически полность - прпг^ковт изо-гермическое' превращение остаточного аустенита с образованием

структуры.нижнего бейнита. Б последнем случае," однако, прирос предела упругости значительно меньше, чем после превращения этого остаточного аустенита в мартенсит. Эти выводы подтверждаются и результатами рентреноструктураого анализа образцов из стали 60С2А,. подвергнутых СТО.

Помимо влияния остаточного, аустенита, присутствующего Ь закаленной стали, на процессы, происходящие при отпуске и на уровень достигаемых при атом свойств влияет исходное состояние, стали, зависящее, от режима закалки и от структурного состояния стали до закалки. Как отмечалось .выше, исходное (до скоростной закалки) структурное состояние незначительно •влияет на'механические свойства стали после всего цикла СТО, 9 после обработки-холодом это влияние практически не выявляется, но всегда абсолютная величина предела упругости после скоростной .закалки несколько выше в том случае, если сталь . булз уже предварительно закалена. Как показывает рентгеност-руктур^едй анализ, это связано, с меньшим количеством остаточного аустенита, а по данным.микроанализа, и с малыми размерами ^epfia досле повторной закалкиi Влияний, величины зерна аусте-проявляется и после скоростного отпуска сталей, и "при-, ■том Независимо от Их исходного состояния до скоростной закалки. Чем меньше величина зерна аустенита,.и, соответствен- \ но, размеров.кристаллов мартенсита и боль'ше-степень их'неоднородности, тем выше предел упругости после отпубка. '"

Установлено-.также, что с ростом микройскажений и концентрационной .неоднородности' мартейсита возрастает склонность к . разупрочнению при увеличении длительности отпуска и его тем-. пературы.Электронномикроскопические исследования.показали,' ■ что в. стали после скоростной закалки и высокотемпературного отпуска.(500-600°С) процессы' структурного превращения гтрохо-- . дят брлее полно, чем после'.обычной'закалки и такого же отпуска Исследования показали,1 что максимум предела выносливости, как и предела упругости .всех исследованных сталей, подвергнутых предварительной скоростной, закалке, наблюдается после ' - ; ' отпуска с'выдержкой 3-е. Б ;д> же время для достижения максимума релаксационной стойкости необходима большая, продолжи- : тйльность отпуска.-' , :

Установленные закономерности влияния изменений структурного состояния в.условиях скоростного отпуска на уровень полученных свойств сталей справедливы я пределах изученного уровня легирования, хотя имеют -особенности, обусловленные воздействием легирующих элементов, на скорость диффузионных процессов'при отпуске.'

Исходя из изученных закон6?лерностей' в. работе предложен ряд оптимальных технологических режимов скоростного отпуска.

В пятой глазе представлены результаты промышленного опробирования разработанных технологических, режимов в условиях опытно-серийного производства пластинчатых упругих элементов, подтверждающие перспективность предлагаемого технологического процесса СТО пружинных сталей.

В приложении представлена программа для расчета нагревательного устройства .электроконтактного нагрева на ЭВМ, номограммы для расчета механических испытаний образцов, описание быстродействующего фотопиром'етра частичного излучения, материалы внедрения. •

' ' ОСНОВ ШЕ РЕЗУЛЬТАТ РАБОТЫ И ВЫВОДЫ

I. Спроектирована, изготовлена и исследована экспериментальная установка для СТО ленточных образцов со следующими характеристиками: скорость» нагрева до 2•10^ °/с и температурой нагрева от 250 до 1300 °С. Разработан метод расчета характеристик нагревательного устройства контактного злектро-нагрев.а и программа расчета этих характеристик -на ЭВМ.

. 2..Определены оптимальные параметры СТО - закйлки и отпуска углеродистых и низколегированных пружинных сталей перлитного класса, выполненных э. условиях злектронагрейа и ■ обеспечивающих формирование специфической структуры и субструктуры, определяющих высокий уровень основных свойств.

3. Установлены особенности процесса ауст'еиитизации, его • темпгратурные границы в■зависимости от состава стали, скорости нагрева' и продолжительности изотермической выдержки'и особенности .получаемой при этом структуры.'

■ Показано, что после скоростной, закалки кристаллы мар~ ..'

«

тенсита отличаются меньшими размерами, повышенным содержанием углерода, но при'более неоднородном его распределении, меньшей степенью двухфазного распада, что и определяет более высокий уровень микронапряжений в мартенсите.при большем количестве остаточного аустенита, чем после обычной закалки.

4. Установлено, что решающее влияние на уровень основных для пружинных сталей свойств оказывает присутствие в их структуре остаточного аустенита. Однако, даже при равном его количестве свойства стали после скоростной закалки выше, чем после обычной закалки. Уровень свойств, достигаемых в результате превращения аустенита в бейнит при отпуске, ниже, чем при превращении его в мартенсит в результате обработки холодом после закалки.

5. Установлена закономерности скоростного отпуска и показано, что общий характер изменения структуры и свойств аналогичны наблюдающимся после обычного отпуска, но его продолжительность для получения максимального предела упругости и усталостной прочности при скоростном отпуске существенно меньше, а их абсолютные значения значительно выше, особенно после предварительной скоростной-закалки. Показано, ч(то продолжительность отпуска для достижения максимума предела упругости

и усталостной прочности меньше, чем для достижения максимума релаксационной стойкости, поскольку для релаксационной стойкости необходимо получение большей стабильности структуры, чем для сопротивления малым пластическим деформациям.

6. Установлена связь между уровнем свойств, степенью превращения.остаточного аустенита и уровнем микроискажений мартенсита в процессе его распада. Достигнут следующий уровень свойств для стали 60С2А сопротивления малым пластическим деформациям ¿?q 005= 1930 МПа предел выносливости = 138Э Ша, релаксационная стойкость: '.при 20°С (240ч) ~ ■= 9-10~5, при М0°С (240.ч) ~ 61:Ю~5. Эти показатели'существенно выше (а релаксационная стойкость, не хуже), чем после обычной термической обработки. ■

7. Разработана технология-производства гофрированных упругих гшялентоя из пружинных сталей. Получено авторское свидетельство на разработанный способ производства.

8. Предложенная технология и'режимы ОТО прошли промышленное опробирование при производстве гофрированных упругих элементов металлических амортизаторов..

Основное содержание диссертации отражено в. следующих работах:

1. Думанский И.О. Определение влияния электрохимического полирования на механические свойства пружинной стали 60С2Л после электротермической обработки. - Архангельск: ДО, 1959. - 3 с.

2. Думанский И.О. Скоростная термообработка пружинной стали 6002А. - Архангельск: ЩИ, 'I9U9. - Зс.

3. Думанский И.О., Корыхалов. A.B., Упругие свойства стали У8А после скоростной электротермической обработкиЦ На-учно-техн. кокр. молодых учёных и-специалист,: Тез.докл. -Архангельск, 1989. - С.19.

4. Рахштадт А.Г., Дунайский И.О..Тихомирова O.D. Структура и свойства угяеродбЬодержащкх прунннных сталей после скоростной закалки и отпуска// МиТОМ. - 19Э0. - ?f> 7. -С. 57-64. ■

5. A.c. 1555010. СССР, МКИ3 В21Д 1/00. Способ-обработки изделий из тонкого листа / Б,<5.Орлов, С.С,Моденов, И.О.Думанский, Г.М.Клыков /Открытия. Изобретения... - 1990.- № 13..-0.46. -.'

6. A.c. I5645I5 СССР. МКИ3 GOI 3/20. Машина для усталостных испытания гибких образцов при продольном изгибе

/ И.0.Думанский, Г.М.Клыков //'Открытия, Изобретения... - 1990. - Jf 18. - С.21..