автореферат диссертации по металлургии, 05.16.01, диссертация на тему:Разработка технологий бездеформационной термической обработки сталей различных классов

• аг

О Ни праяах рукописи

со

см

Маматкулов Джяхангир Джалолопнч

РАЗРАБОТКА ТЕХНОЛОГИЙ БЕЗДЕФОРМАЦИОННОЙ ТЕРМИЧЕСКОЙ ОБРАБОТКИ СТАЛЕЙ РАЗЛИЧНЫХ КЛАССОВ

Специальность 05.16.01 - "Металловедение и термическая обработка металлов"

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени

доктора технических наук

Санкт-Петербург. 1997

Работа выполнена па кафедре " Исследование структуры и свойств материалов" Санет-Летербургского государственнг -о технического университета.

Официальные оппоненты:

доктор технических наук, профессор Г.Ф.Головии, член-корреспондент МАНВШ,

доктор технических наук, профессор Г.Е.Коджаспиров, доктор технических наук Г.С.Фукс-Рабинович

ведущее предприятие - АО НИИ'ГАВТОПРОМ г.Москва

диссертационного совета Д. 063.38.08 в Санкт-Петербургском государственном техническом университете но адресу: 195251, Санкт-Петербург, Политехническая ул., 29, П161 'ГУ, химический корпус, ауд.51.

С диссертацией можно ознакомиться в фундаментальной библиотеке СПбГТУ.

'Защита состоится

1997 г. в /¿>

часов на заседании

Автореферат разослан "

1997 г.

Ученый секретарь диссертационного совета, д.т.н., профессор

Г.С.Казшсвич

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность проблемы. Задачей современного, машиностроения является увеличение надежности, долговечности и качества деталей машин, приборов и . инструментов, уровень которых определяется рациональным выбором материала и режима термической обработки.

Для основных сталей, используемых в промышленности, режимы термической обработки определены в результате длительного их использования. Эти режимы обеспечивают высокие эксплуатационные свойства. • •

Важнейшим технологическим Свойством конструкционных и инструментальных материалов является изменение размеров х изделий при термической обработке (деформация).

Особенно актуальной задачей является выбор, термической обработки, обеспечивающей уменьшение деформации изделий с целью снижения трудоемкости изготовления деталей машин и инструментов и повышения качества изделий.

. Для решения этой . проблемы необходимо выполнить сравнительное исследование по эффективности разных режимов термической обработки (закалкн с непрерывным охлаждением, ступенчатой, прерывистой, изотермической закалки, предварительного улучшения) с выбором наиболее рациональных режимов при сохранении высокого комплекса физико-мехаиических свойств. Важно также установить режима термической обработки сталей разных структурных классов, обеспечивающих получение минимальных деформаций.

Этой проблемой занимались достаточно большое количество исследователей, имеется цела* серия рекомендаций по бездеформационной термообработки, однако систематических подробных исследований выполнено не было.

" Цель и задачи работы. Целью работы является систематическое исследование причин деформации изделий из сталей различных структурных классов и разработка рациональных режимов термической обработки, обеспечивающих минимальное изменение размеров изделий при закалке при одновременном улучшении механических и технологических свойств и внедрение разработанных рекомендаций в промышленности. . - .............

Достижение поставленной -цели осуществлялось посредством решения следующих взаимосвязанных задач: - изучения влияния термической обработки на деформацию изделий из сталей разных структурных классов; - сопоставления эффективности разных способов термической обработки для обеспечения высокого уровня физико-механических и технологических свойств сталей; - изучения природы эффекта улучшения физико-механических и технологических свойств при закалке сталей с нагревом в интервале температур АрАз; - изучения влияния формц изделий на деформацию при термической обработке; - внедрения в промышленности рациональных режимов термической обработки.

Научная новизна результатов, изложенных в диссертации:

- разработана методика .определений остаточж'I деформации, создаваемой термической обработкой, изменения линейных размеров тел круглого и

, прямоугольного сечения, знака напряжений, чувствительности к закалочным трещинам;

- установлены закономерности влияния термической обработки на остаточную деформацию изделий из сталей разных структурных классов - аустенитного, феррит ного, перлитного, маргенснтного и карбидного;

- разработаны режимы предварительной и окончательной термической обработки из сталей разных структурных классов, обеспечивающих высокие основные /функциональные/ свойства материала в сочетании с удовлетворительными технологическими свойствами, сопоставлены эффективности разных способов термической обработки при минимальной остаточной деформации;

• установлена доля вклада, вносимого в уменьшении остаточной деформации при нагреве в межкритическом интервале температур магнитострикционного процесса и

> V •

изменением коэффициента 'линейного расширения. Установлена роль магнитного поля, которое может возникать при иафеве для закалки и усиливать влияние магнитострикцин;

- установлено, что при нагреве /для закалки/ отрицательная остаточная .. деформация вы*ывае1ся: а-»р превращением в интервале температур А|-Аг,

снлшшым с изменением маГншного порядка и увеличением энергии металлической

з . '

связи; а(Р)-»у превращением в районе температур ЛГЛ\. обусловленное изменением типа кристаллической решетки /полиморфное прекращение/ и вызывающим увеличение энергии металлической • связи, Это сопровождается уменьшением коэффициента линейного расширения; сжимаемостью и увеличением плотности стали; повышением прочности н вязкости; уменьшением чувствительности к образованию трещи... .

-установлено, что остаточная деформация увеличивается с уменьшением

сопротивления пластической деформации и повышением пластичности при

- ......-•• - )

температуре А|-Аг путем снижения легпрованносш твердого раствора-н уменьшением в структуре количества карбидной фазы;.снижается с ростом температуры нагрева выше Л,-А2; с ростом выдержки при нагреве и при замедлении охлаждения в процессе закалки. Отрицательная остаточная деформация не Снимается отпуском и отжигом стали и может быть уменьшена путем закалки на мартенсит.

Практическая ценность и реализация результатов работы в промышленности. Рекомендованы режимы термической обработки, уменьшающие деформацию изделий,'для сталей разных структурных классов (Доэвкчсгоидных, эвтектоидных, заэвтектоидных, ледебурнтнЫх, аустенитных, ферритных, перлитных, мартенентных и карбидных) и разного назначения; для штампов холодного и горячего деформирования, осевых" деталей типа валов, ходовых винтов, режущего инструмента типа фрези, метчиков, плашек и др..

Разработанные рекомендации опробованы и 'внедрены на 8 предприятиях;

Москвы, Санкт-Петербурга и Узбекистана.,.....

Экономический эффект от внедрения составил' 1 млрд. рублей в ценах 1996 г. Апробация работы. Материалы диссертации докладывались и обсуждались .на следующих конференциях; совещаниях и семинарах: научно-техн. семинарах каф. "Металловедение и термическая обработка металлов" Мосстанкина (М., 1975 - 1978 гг.); Расширенном'заседании Вссс. секции металловедения и термической обработки НТО Машпром (М„ 1977 г.); Зональной научно-техн. конф. "Цути повышения качества и надежности инструмента" (Рубцовск, 1985 г.); Семинаре совещания "Ускорение и интенсификация научно-технического прогресса"(Самарканд. 1978-■ * з

1990 гг.); Семинарах при ЛД1.1ТП "Новые стали и сплавы, режимы их термической обработки" (Л., 1991 и 1992 гг.); ^ежреспубл. конф. "Прогрессивные методы получения конструкционных материалов и покрытий, повышающих долговечность деталей машин"(Волготрад, 1991 и 1992 гг.); Всес. конф. "Новые материалы и ресурсосберегающие технологии термической обработки в машиностроении и металлургии" (Новокузнецк, 1991 г.); Всес. конф. "Проблемные вопросы создания и внедрения экологически чистых технологий на предприятиях машино-строення"(Ташкент, 1991 г.); Республ. научно-техи. конф. "Материалы и упрочняющие технологии - 92"(Курск, 1992 г.); Семинаре "Термомеханическая обработка металлических материалов" (М., 1992 г.); XIV конф. "Структура и прочность материалов в широком диапазоне темп ,>атур" (Воронеж, 1992 г.); Семинаре "Термическая обработка стали" (Ростов-на-Дону, 1992 г.); 1 и 3-ое собрание металловедов России (Пенза, 1993, Рязань, 1996 гг.); Межгосударств, семинара "Радиационная повреждаемость и работоспособность конструкционных материалов" (Псков, .1993 г.); Международ, научно-техн. конф. "Проблемы Автоматизации и' технологии в машиностроении"(Рубцовск, 1995 г.); Международ, конф.' "Экология, .энерго и ресурсосбережение"(Самарканд, 1996 г.);Международ. Научно-техн. Конф. "Высокие технологии в современном материаловедении" (Санкт-Петербург, 1997 г,); Научно-техн. семинарах каф. "Исследование структуры и свойств материалов" СТ16ГГУ (СПб., 1990 - 1997 гг.).

Публикации. По теме диссертации опубликовано 52 статей в научно технических журналах и сборниках. . ,

Структура и объем диссертации. Работа сосюит из введения, девяти глав, основных выводов и приложений. Диссертация изложена на 408 страницах, содержит 56 таблиц, 133.рисунка, список литературы, включающей 289 наименований и 21 Приложении. ' ' '

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Одним из основных дефектов термически обработанных деталей, и особенно -сложной формы, являются остаточные деформации, чго создаст проблемы при изготовлении изделий с повышенными требованиями к точности их размеров п взаимозаменяемости при сборке.

Деформации, вызывающие изменение длины и диаметра изделия, могут'быть учтены в допусках на механическую обработку, что приводит к повышению трудоемкости их изготовления. При значительных деформациях, связанных С' изменением формы,-требуется проведение дополнительных, операций, например, рихтовки, а в нектггорых случаях деформации приводят к окончательному браку.

• Установление причин возникновения деформаций при термической обработке, а также разработка мер, предупреждающих или снижающих деформации, являются актуальной проблемой.

Анализ литературных данных показывает всю сложность проблемы уменьшения деформации, связанной с влиянием многочисленных внутренних и внешних-факторов. Практически невозможно учесть влияние внешних факторов (форма детали,

особенности теплового режима, исходное состояние материала и лр.). Выбор

>

оборудования, условий нагрева, охлаждения, технологических параметров операций термической обработки, весь технологический режим .гзготопления детали должны учитываться в комплексе и для конкретной летали. В лшературе обсуждаются только технологические возможности снижения деформации. В то* время, как деформация изделий связана с изменением внутренней энергии вещества при термической

обработке. ..... —..... " "

'Существенное уменьшение деформации возможно при использовании, предваришн.ной термической обработки в'сочетании с рациональной окончательной обработкой сталей "разных структурных классов. Знания о связи деформации с .электронным строением и изменением внутренней энергии пешееша мшуг Ги-пь •

успешно использованы для разработки путей уменьшения деформации различных материалов.

ПОСТАНОВКА И МЕТОДИКА ИССЛЕДОВАНИЯ

Особенностью методического построения работы явилось изучение широкого круга вопросов, связанных с анализом данных о деформации изделий при те[ мической обработке в производственных условиях.

Для исследования были приняты переходные металлы 4 периода системы Д.И.Менделеева и сплавы на их основе, стали основных структурных классов, используемые в промышленности для разного назначения: (титан, ванадий, хром, марганец, железо, кобальт, никель, медь), дозвтектоидные (10, 40Х, 45, 60С2, 65Г, -40ХНМА, 18Х2Н4МА), эвтектоидпые (У8А, 6ХЗФС), »втектоидные (УЮА, У12А, X, ШХ15СГ, ХВГ, ХВСГ, 9ХС, 7ХГНМ, 7ХГ2ВМ, 6Х4М2ФС, 4Х4ВМФС, 4Х5В2ФС, ЗХ2В8Ф, 2Х9В6, 40X13), ледебуритные (Х6Ф4М, Х12М, Х12Ф1, Р6М5, Р6М5К5, PI8). Для сравнительной оценки использовали: серый феррито-перлитовый чугун СЧ20, сталь феррнтного класса (Х25Т), стали и сплавы аустенитного класса (I2XI8H10T, Х1177ТЮР, И36ХТЮ). Исследованные стали взяты из промышленных плавок в прокате диаметром 15-30 мм. Для характеристики влияния обработки на ' анизотропию деформации были использованы стали со значительным количеством карбидов из проката большою сечения: диаметром 15 и 120 мм для стали Х12М и диаметром 30,и 100 мм для стали Р6М5. .

Структуру и свойства «палей изменяли путем термической обработки но различным режимам. Изменяли условия нафева (температуру, скорость и наложение . маши гною поля), условия охлаждения (разные охлаждающие среды, включая сгупенча1ую, прерывиаую закалку) при предварительной и окончательной термической обрабо!кс. Срашпиельиую оценку эффективности получили практически все известие в промышленности режимы термической о6ра6о!ки.

Структуру ci алей в сосюяшш тмлаики н после (ермнческой обработки изучали с иатлыоианнем ншссшых метлой: мешшмрафнческого анализа («прение меыллнчеекой основы и карбидная неоднородноеib , величина зерна аустешш);

С

ренттеноструктурного анализа (для определения параметров рчнетки any фаз, тетрагоналыгоети решетки мартенсита, количества остаточного аустенита).

Физические свойства определяли для оценки: легированости твердого раствора (по электросопротивлению), количества остаточного аустенита и карбидных фаз (намагниченности насыщения), дисперсности фаз (п<> > очрцитивной силе). Измеряли изменение длины при нагреве (по коэффициенту тсп.лоого расширения) и величину магнитострикции.

Механические свойства.-определяли при комнатной температуре и с нагревом "при статических испытаниях на растяжение н изгиб и при динамических нагрузках * (определение ударной вязкости',, при сжатии (в испытаниях на 1вердость). Предел выносливости определяли при изгибе с вращением па базе Ю*10& циклов.

, Определения изменения размеров выполняли, при +18°С измерением: длины - на цилиндрических образцах диаметром 10, 20, 30, 40 и 50 мм и длиной соответственно 50, 100, 150, 200 и 250 мм; диаметра - на кольцах с наружным диаметром:'40, 55, 65, 75 и 100 мм и с В1>утренниы: 20, 25 и 30 мм (при толщине стенки соответственно 10, 15,20,25 it 35 мм). .............

v

Длину измеряли на горизонтальном оптиметре ИКГ с точностью ± I мкм и для дополнительной.проверки с использованием концевых мер.

Наружный диаметр колец измеряли на вертикальном оптиметре ИКВ с точностью ±1 мкм, а внутренний - нутромером с точностью ±10 мкм. Измерения выполняли в двух перпендикулярных направлениях.

■Точность измерений удовлетворяла целям исследования. Большое количество ч полученных экспериментальных данных о деформации образцов разной формы позволило установить линейную зависимость между изменением длины цилиндрических образцов и изменением диаметра цилиндров и колец.

Для определения Знака напряжений, создаваемых термической обработкой, использовали метод разрезки колец н на разрезных кольцах диаметром: наружным 100 мм, внутренним - 90 мм и высотой 20 мм. Ширина разреза: 2 и 4 мм, • Для оценки величины макронапряженнй (1 рода) и микроискажений И и Ш рола

использовали рентгеноструктурный анализ. . .....

Чувствительное гь к образованию грещин -определяли: а) в лабораторных условиях на образцах 6 типов: с надр< ими н острыми углами, и также с резкими, переходами по сечению и б) в промышленных условиях на стальных направляющих сложной конфигурации сечением 50x52 мм и длиной 526 мм для гаммы шлифовальных станков. <

1 ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ ЧАСТЬ Исследование деформации металлов при термической обработке. Изменение размеров образцов из переходных металлов 4 периода системы Д. И. Менделеева СП, V, Сг, Мп, 1'е, Со, N1, Си) определяли после быстрого охлаждения (в воде) с нагревом в интервале температур ()0-1200°С.

Тиган, ванадий, хром, марганец и железо получают при закалке с иафевом в исследованном интервале темнерагур только уменьшение размеров. Этот эффект усиливается при наличии полиморфною или магии гною превращений. Кобальт, никель, медь получают увеличение размеров при закалке. Эффект растяжения или сжашя усиливается при повышении температуры закалки. Остаточная деформация увеличивается при снижении сопротивления пластической деформации металла с ростом температуры нафева для закалки. Исключения наблюдакмея в случае фазовых превращений. " '<

Возникающие напряжения мо|ут 0i.ui,: тепловые и фазовые. Тепловые напряжения сводя 1ся к минимуму за счес использования образцов одною размера, на1рева и охлаждения в одних условиях. Фазовые напряжения в однофазной системе ■ »ошикают только в момеш полиморфною превращения. Анализ полученных данных позволяет предположить, чи> и металлах возникают напряжения (в одних -снимающие, в друшх - рас1Я1ивающие) в резулыак- межаюмною взаимодействия. Это! вид напряжений ранее не обсуждался в ли1сра|уре.

Наряду с напряжениями от межаюмною втаимодейавня действуют напряжения, но шикающие в резулыше различия в коэффициентах тепловою расширения фаз при полиморфном превращении. Это влияние накладывается у пиана, марпппш, жеиеш. кобллма.

О ПРИРОДЕ ДЕФОРМАЦИИ ПРИ ТЕРМИЧЕСКОЙ ОБРАБОТКЕ В МЕЖКРИТИЧЕСКОМ ИНТЕРВАЛЕ ТЕМПЕРАТУР

Определение зависимости между температурам» закалки при предварительной обработке и температурами критических точек.

Испытания выполнялись для углеродистых сталей с возраставшим содержанием углерода (т.е. при соответственном снижении температуры точек Кюри и Аз и без изменения температуры А|),и для стали с повышенным содержанием хрома (Х12М), как имеющей более высокие температуры критических точек А, и Л'з . В качестве основной оценки принималась температура нагрева в межкритическом интервале температур, при которой последующая закалка уменьшала прирост длины наиболее значительно.

С повышением температуры нагрева до точки Кюри (и потерей магнитных свойств) снижается прирост длины, происходящей при последующей закалке. Нанбольшйй результат достигается для углеродистых сталей при А|+15+30"с (в тех случаях, когда температура Л2 ниже температуры А:,); у доэвтектондных сталей этн температ>ры понижаются при увеличении содержания углерода до эвтектоидной концентрации и не изменяются затем для заэвтектондных сталей. Аналогичный результат получен для стали Х12М; температура, нагрев до которой вызывает наибольшее уменьшение длины при последующей закатке (JООО-ЮЗО^С) выше, чем для углеродистых сталей (84O-86O0Q. Это отвечает более высокой температуре А[ (82О-83()0С) для сталей с 12% Сг.........

Существует прямая зависимость между температурой нагрева, для которой создается наибольшее уменьшение деформации, и температурами критической точки А,( А2), точнее Ai+I5+30°C.

Характерно, что эти температуры для всех стаей должны превышал. точку Кюрина 15+30°С.

Исследование причин, вызывающих уменьшение , объема (размеров) вблизи з.мператур фазовых превращений.

Для определения относительного вклада, магшпосгрикционного процесса и от изменения коэффициента теплового расширения, были использованы результаты дилатометрического дифференциального анализа. Для сталей всех структурных классов получен принципиально одинаковый ход дилатометрических кривых.

При более низких температурах, начиная от 500-5500С и до А2 на кривых наблюдается отклонение от прямолинейной зависимости в изменении длины образца от температуры. Прирост длины при повышении ншрева от этой температуры становится меньше. Это соответствует постепенной потере магнитных свойств и, следовательно должно быть результатом влияния магннюстрикционного процесса.

При более высоких температурах выше точки Кюри на 15 +30^0 происходит уменьшение длины. Насчет дилатометрических кривых установил, что при этих температурах уменьшается коэффициент теплового расширения. Эго уменьшение вблизи температур межфазового превращения установлено для всех исследованных сталей. /

Изменение длины за счет коэффициента теплового расширения (характеризуемое отклонением от линейной зависимости на дилатометрических кривых до температур А; - А ^ 15 значшельиее в 2-3 раза наблюдаемого при иафеве от 50()"с' до А2.

Об анизотропии деформации

Получаемое уменьшение длины не является следствием неодинакового изменения размеров и различных направлениях, а вызывается уменьшением удельного объема (удельный объем стали Х12М уменьшался с 0,1268 см^/г для шожжепного состоянии до 0,1262 см-^Л после закалки с 860-870^С, масло).

Определения были выполнены па образцах диаметром К) и длиной 60 и 100 мм и! сталей X12М и 1'6М5, имевших значительное количество карбидной фазы и разную степень ршвшия кирСнмной неоднородности. Образцы были вырезаны в продольном

и поперечном направлениях из проката с распределением карбидов: а) в виде разорванной сетки(карбидный балл 7), характерной для малодеформиронашюй стали (прокат диаметром 110-130 мм), и б) с значительной полосчатостью (балл 5) m проката диаметром 70 мм.

При обычной закалке без предварительной термической обработки (ПТО) анизотропия дефтмашш была значительной, особенно при полосчатом распределении карбидов. ИТО заключается в низкотемпературной - закалке из межкритнческого интервала температур и последующего высокого отпуска в течение 1 ч. В случае применения ПТО анизотропия деформации уменьшалась, прирост длины образцов стали XÍ2M (закалка Ю20-)030°С, масло) составлял 0,10' % в продольном и 0,134% в поперечном направлении для обычной закалки и снижался до 0,034% и 0,048% в результате применения ПТО.

Таким образом, создаваемое уменьшение размеров (объема) - следствие суммарного влияния магнитострикционного процесса и уменьшения коэффициента теплового расширения. Первый процесс протекает в более широком интервале температур,-При нагреве до Д2 еще не'создается предельно возможное уменьшение объема (размеров). Максимум, достигаемый в уменьшении размеров (объема), создается в результате дальнейшего повышения темпера1уры до Aci(Ac3) + 15 +30"с, когда суммируется влияние обоих процессов.

Особенности влияния магнитострикционного процессе.

Дилатометрический анализ сталей 40 и 40X13 . с -различающимися температурами Aj подтвердил, что начало уменьшения длины образцов высокохромистой стали 40X13, (Aj при ~ 650 ®С) наблюдается при температурах более низких: ~ на 50 ®С , чём для углеродистой стали. Это хорошо согласуется с влиянием хрома на температуру Аг и дополнительно подтверждает роль магнитострикционного процесса.

Установлено значительное различие в величине изменения размеров ,в зависимости от выполнения нагрева с наложенным магнитным полем или без него, что непосредственно связано с ролью магнитострикции. , -

В случае нагрева с наложенным нолем (в электрической печи или ванне), прирост длины при последующей зак; |ке уменьшается в 2-3 раза, тогда как при нагреве в газовой печи уменьшение прироста длины значительно ниже.

Положительное влияние наложенного поля проявляется лишь при нагреве вблизи точки Кюри. При на1реве ниже А2 (даже на 30°С) или, наоборот, выше на 50-

I

70 "С влияние поля не наблюдается. Это хорошо согласуется с известным фактом, что для нагрева при более высоких температурах. Применяемых для обычной закалки, не' наблюдается больших различий в величине возникающей деформации для нагрева в , электрических печах (ваннах) или в пламенных печах.

Особенности влияния коэффициента тепл^ого расширения

Установлена одинаковая (для энтектоидных, заттектоидцых и дедебуритных ' инструментальных сталей) закономерность изменения коэффициента теплового расширения в температурной области фазового превращения.

При'температуре превращения коэффициент теплового расширения снижается, но не очень значительно (но сравнению со значениям» при 100-200^С), и влияние этою изменения на изучаемый нами эффект не может быт ь значительным.

Существенно, что в интервале критических температур величина коэффициента теплового расширения значительно 'ниже по сравнению с его величиной при температурах, лежащих на 30- 50^С ниже Л,. Коэффициент теплового расширения

снижается на 10-15 % для заниектондных сталей и несколько больше на 17-20% для , »

быарорежущнх. Такому сильному изменению коэффициента 1сшювого расширения должно чшеит. возникновение значительных сжимающих напряжений способе 1вуюших, в свою очередь уменьшению обьема cia.ni и линейных размеров изделия.'Характерно, чю вофастание кшффициеша гешкшок» расширения при иафсвс на 40-50"(.' выше А) происходит сравшкелыю плавно, но сопровождается значшельным увеличением обьема (>1сюда следует, чю н промышленных условиях пера рев с шли при закалке выше А1 должен быть не более 15 +30"(\ ,

Определение знака напряжений, создаваемых liai ревом в межкрнтичсском интервале температур и сравнительная характеристика величины напряжений.

Уменьшение объема (размеров) под действием мапштострикцни и изменение коэффициента теплового расширения должно сопровождаться возникновением сжимающих напряжение. Прямые определения знака напряжений па образцах-кольцах с зазором 2 и 4 мм, наносившемся до и после закалки, дали качественно одинаковый результат для всех Псследовааных сталей (У8А, 7ХГ2ВМ, ХВГ, XI2M » Р6М5); ПТО создавала сжимающие напряжения, в то время как при закалке без предварительной термической обработки создавались растягивающие напряжения.

Рентгеновские исследования показали, что предварительная термическая обработка существенно уменьшает макронапряжения I рода, в меньшей степени изменяется микродеформация и статическое смещение атомов, что является причиной уменьшения деформации при термической обработке. .

Дополнительным подтверждением образования напряжёний разного знака после ПТО и после обычной закалки служат измерения мапштос фикции при <18®С.

Отрицательные значения магнитострикции после ПТО указывают на образование сжимающих напряжений, в отличие от положительной мапштострикцни после закалки от обычно принятых температур.

«

О механизме, вызывающем уменьшение объема в межкритнческоминтервале температур.

Уменьшение объема ( размеров) под действием сжимающих напряжений может

реализоваться лишь "закрытием" микропор и микротрещин. Отсюда'следует, что чем

"ТЗольше подобных микродефектов в металле, тем сильнее возникающее сжатие

(уменьшение размеров). Испытания установили, что снижение прироста длины

образцов серого чугуна, как металла с большим объемом микротрещин, в результате

применения ПТО. было почти в 3 раза больше, чем для стали 40 „■ близким

содержанием связанного углерода в основе. Соответственно, эффект уменьшения

13

деформации был выражен меньше для. быстрорежущей стали электрошлакового переплава, чем дня такой же ст&ш обыч"ой выплавки (ОИП).

О роли сопротивления пластической деформации

#

в межкритическом интервале температур.

Уменьшение размеров и увеличение плотности, создаваемые магнитострикпией

и уменьшением коэффициента теплового расширения, должны' легче и полнее

»

реализоваться, если при температурах фазовых превращений снижается сопротивление пластической деформации стали. Были определены (в условиях растяжения) изменения предела текучести и пластичности при температурах от 600 до 950 для сталей основных структурных классов. Определения установили:

а) резкое снижение предела текучести, наступающее при Температурах 600-610; ' 620-630, и 630-650 ОС для сталей У8Л, ХВГ и Х12М и несколько выше 640-660 °С для быстрорежущей стали; •

б) аномальное снижение предела текучести при температуре Л| и повышение , плис1ичноети облегчает" закрытие" микрвнор и микротрешин.

Влияние карбидной фазы.

Величина эффекта уменьшения деформации снижаемся в присутствии карбидной фан.|, т.е. при снижении относительной доли матрицы, поскольку уменьшение объема (размеров) вызывается втдейовием магнитоорикционното процесса и изменением ымффнниеша теплового расширения, прошкакицнх для металлической основы. Влияние карбидной фазы заключается в увеличении сонрошвлсния пластической деформации и определяется ее количеством в одинаковой степени как непосредственно После нафева в мсжкришческом интервале температур, так и при последующей закалке.

Влияние остаточного аустеннта.

tiro влияние существенно различается для а) обычного режима упрочняющей термической обработки (закалка и отпуск) и. б) комбинированного режима, включающего НТО и последующий режим термической обработки пункта (а). .

При выполнении закалки (без НТО) прирост размеров уменьшается, как известно, с ростом лемрованности стали r случае одновременною увеличения количества остаточного aycieinrra.

. Мри применении комбинированного режима имеет место иная закономерность. Уменьшение в приросте размеров значительнее для более jiei нрпканнмх сталей, имеющих большее количество карбидной фазы.

Различия в исходном состоянии металлической основы (дисперсности перлита) не влияют на развитие эффекта уменьшения деформации.

О роли диффузионного процесса

Вблизи .критических температур значительно усиливаются диффузионные процессы, что вызывает релаксацию напряжений и частичное снятие оффекта уменьшения деформации. Для его сохранения необходимы: ограничение выдержки и ускоренное охлаждение. Выдержка и интенсивность охлаждения зависят ог легированости твердого раствора: для сталей с малой концентрацией легирующих элементов в а - фазе при Aj- Ai выдержка меньше (не (юлее,25 минут н охлаждение более ускоренное). Для сталей с легированной а - фазой (коррозиоппостойкие высокохромистые) выдержка больше.

Влияние предварительной обработки.с нагревом в межкритическом интервале температур на свойства сталей.

На основании установленных теоретических положений определено, что при использовании предварительной термической обработкиТО) за счет создаваемых сжимающих напряжений и вызываемого, как' следствие, уменьшения доли

растягивающих напряжений улучшаются , следующие технологические и механические свойства после окончатся' ной термической обработки:

1 уменьшение в 2-3 раза деформации инструментов и изделий различной формы, а именно: а)линейных размеров и б) вну треннею диаметра изделий-колец;

2) резко уменьшается чувствительность к образованию трещин; исследования, выполненные для сталей У8А (закалка с резким охлаждением в воде ) и ХВГ (закалка в масле), нагретых при закалке до повышенных температур на 30®С (для усиления чувствительности к трещинам) установили, что в результате применения ПТО количество образцов разной формы с надрезами и резкими переходами по сечению с .трещинами уменьшилось в 3-6 раз для стали У8А и в 3 раза для стали ХВГ;

3) возрастает прочность и вязкость в закаленном и нпкоотпушенном состоянии, когда сохраняются мартенентная структура и значительная часть растягивающих напряжений. Сравнительные испытания стали УНА и ХВГ без ПТО и с ПТО показали преимущества комбинированною режима обработки:

а) и р о ч н о с г ь увеличивается lia 35-40% в закаленном состоянии, и на 1520% после отпуска 150-160^С, Л ' '

б) удар пая вязкость увеличивается на 15-20% как непосредственно после закалки, так тгпосле ошуска 150-160Чс, и

в) возрастает предел выносливости на 8-10%, определенный для С1али ХВГ (закаленной на.мелкое зерно и отпущенной при |У()-200^С, 60 HRC,).

Доеппаемое, эффеючши« повышение свойств имеет общий характер и соблюдается для друшх инсфумешальных сталей.

Исследование деформации при термической обработке стилей рашых структурных классов.

Влинние состава

IliMciicHHc размеров ci ильных изделий, исследовали на сталях разных crpjtaypiiux классов при (срмичесьой (юрцбшке, нрннмюй в промышленности и оосшечнааюшсй шпншщ.пые функциональные свойства. Одновременно изучали

16

изменение размеров при комбинированной обработке (закалка из мсжкршнчсской области, высокий ошуск и последующая (ермическая обработка, принятая в - промышленности).

Железо и шпкоуглеролисгые стали получают при закалке уменьшение размеров, когда структура состоит из феррита или малоуглеродистого маргепеша. Для сталей с низким содержат!-м углерода уменьшение размеров при закалке вызывается сжимающими напряжениями ог межатомного взаимодействия. При этом увеличение размеров от мартенситного превращения мало:

С ростом содержания углерода деформация (отрицательная) уменьшайся, достигая нулевых значений при 0.08% углерода. При дальнейшем росте содержания ' углерода в стали обеспечивается увеличение размеров образцов, связанное с образованием в структуре средне- и высокоуглсродистото мартенсита. При содержании углерода в стали выше 0.8% наблюдается снижение темпа роста увеличения размеров с повышением содержания углерода из-за появления в структуре остаточного аустепита, имеющего меньший удельный объем, чем у мартенсита.

Увеличение уровня легирования у средне- и высокоут леродистой стали вызывает уменьшение деформации из-за повышения количества остаточного аустснита. Этот эффект проявляется в том случае, если карбидная фаза стали растворяется в аустежпс при нагреве, нерастворимые карбиды (эвтектическою происхождения) мало влияют на деформацию при закалке. Ото наблюдается на высокохромнетых сталях.

Безуглеродистые, высоколегированные стали феррит ные (Х25Т), аустенитныс (12Х18ШОТ) и мартенситные (ЗХ2В8Ф) после нормальной закалки уменьшают размеры, тем сильнее, чем выше температура закалки. Ото - результат действия сжимающих напряжений от межатомного взаимодействия.

■ Сплавы аустенитног« класса (с высоким содержанием никеля Н36ХТЮ) и сплавы на никелево^ основе (ХН77ТЮР) получают.при закалке увеличение ра змеров. * тем значительней, .чем выше температура закалки. Ото обусловлено действием растягивающих напряжений, от межатомного взаимодействия. Высоколегированные ледсбуритные стали карбидного класса, закаливаемые на вторичную твердость и с низким содержанием углерода, получают сжимающие напряжения.. При среднем и

высоком содержании углерода стали увеличивают размеры, даже после отпуска, когда углерод частично выделяется из мартенсита при дисперсионном твердении.

Закалка от температур вблизи температуры магнитного превращения железа (Аг) приводит к уменьшению размеров образцов, величина деформации наиболее высокая у углеродистой стали и уменьшается с ростом уровня легирования стали, что обусловлено ростом сопротивления пластической деформации у легированных сталей. х

Наибольший эффект уменьшения деформации за счет предварительной

термической обработки у углеродистых сталей ~ в 3-4 раза, наименьший эффект у

/

быстрорежущих сталей ~ 2 раза.

Изменение размеров образцов после комбинированного режима обработки аналогично их изменению после обычно принятой зак. тки. Одиако, положительная деформация, при использовании совмещенного режима меньше4 на отрицательную величину, получаемого при закалке из межкритической области. Сжимающие напряжения, создаваемые закалкой из межкритической области, частично компенсируют растягивающие напряжения, вызываемые мартенситным превращением при окончательной обработке.

Таким образом, уменьшение деформации при использовании предварительной

термической обработки с нафевом в область критических температур (А!- А2) « ,

достигается в результате алгебраического сложения действующих напряжений: сжимающих от межатомного взаимодействия при нафеве цз-за разности коэффициентов теплового расширения а и у фаз магнитострикцнонных и тепловых и растягивающих ог мартепситного превращения при охлаждении.

Влияние способа нагрева и охлаждения.

Эффективность разных способов термической обработки на снижение деформации оценивали при сравнении разных' способов нафева и охлаждения. Охлаждение выполняли в одном охладителе (вода, масло, лигносул' фонаг, "кипящий слой" и воздух), ступенчатое и прерывистое. Ншрсв при закалке (предварительной и окончательной) выполняли: в электрической и газовой печи, "кипящем слое" и соляной ванне.

Исследования покачали, что при принятых температурах закалки наиболее значительная деформация наблюдается при на1рспе в соляной ванне (0,058% для стали 40Х). Она снижается значительно при нагреве в "кипящем слое" (0,053%) и п газовой печи (0,049%). Минимальная деформация характерна для т..рева в электрической печи (0,045%).

Наибольшая Д1 формация для предварительной закалки наблюдается при нагреве в соляной ванне (0,050% при охлаждении в масле стали 40Х), снижаясь до: 0,046% при нагреве в "кипящем слое", 0,044% - в газовой и 0,040% - в электрической печи.

. Снижение скорости охлаждения при закалке уменьшает деформацию. Для стали 40Х при нагреве в тгектрнч ской печи деформация состав..яет: 0,045% при охлаждении в масле ; 0,028% - в лигносульфонате и 0,016% - в "кипящем слое". Для стали 45 при нагреве в электрической печи деформация выше и составляет: 0,243% при охлаждении в воде; 0,222% - в лигносульфонате и 0,046% - в "кипящем слое".

При предварительной закалке (с нагревом в интервале А)-А}) деформация также уменьшается при снижении скорости охлаждения. Для стали 40Х при нагреве в соляной ванне деформация составляет: 0,050% при охлаждении в масле; 0,042% - в лигносульфонате, 0,015% - в "кипящем слое".

При применении ступенчатой закалки наблюдается уменьшение деформации по сравнению с непрерывной закалкой. Для стали ХВГ деформация при ступенчатой закалке составила 0,097%, а при непрерывной закалке - 0,106%.

Уменьшение деформации, создаваемое: а) нагревом в межкритическом интервале температур и б) окончательной закалкой с охлаждением в. расплавленных солях (ступенчатая закалка) достигается за счет использования разных механизмов и особенностей превращения: а) магнитострикпионных процессов и уменьшения коэффициента теплового расширения - при нагреве в межкритическом интервале температур и б) уменьшения "напряжений и сохранения большего количества остаточного аустенита при закалке.

В практическом плане становится возможным предложить для максимального уменьшения деформации применение последовательно: а) нагрева в межкритическом

ишервале температур е отпуском 580-600 °С и 6} татем ступенчатй закалки(вместоч непрерывной).

Для быстрорежущих сталей наибольший эффек! уменьшения деформации при ступенчатой закалке создается, если температура аупени составляет ч220-260°С с выдержкой 15 мин.

Влияние способа термической обработки ■ на механические свойства стали X 12М.

' Для оценки эффективности разных способов термической обработки на механические свойства (функциональные) была выбрана сталь Х12М, как широко используемая в промышленности, для которой рекомендованы разные способы термической обрабо1ки.

Для хрупких материалов, к которым можно отнести сталь Х12М, известна корреляция между твердостью и прочностью, при. коюрон .с ростом твердости -прочность снижаемся. ПоэЮму целесообразно соносташниь разные способы (ермической обработки по комплексу " твердость - прочность при изгибе "

С ростом твердости от 58 до 65 IIRC, прочность при ИЭ1 ибе снижается. Однако, уровень прочности при одинаковой твердости определяемся способом термической ' обработки.'

Наиболее низкую прочность имеет сталь Х12М после закалки с непрерывным охлаждением и после прерывистой закалки Однако, необходимо отметить, что прерывистая закалка обеспечивает наиболее высокую 1вердость - 64 HRC, и не уступает но прочности закалке с непрерывным охлаждением после низкого отпуска (первичная 1вердос1Ь 62 ИКС,). Таким обртом, нишриш в i»ep;wcin (на 2 ИКС,) компенсируется снижением прочности (на ои„ - 300 MI 1а на 15%). Наиболее высокую прочность обеспечивает закалка па нюричную твердость с непрерывным охлаждением: а„„ -300(1 Mlla, но при лом заменю снижаемся твердость (до 58 ИКС,). Ступенчатая закалка позволяет заметно повысим, н (вердость (до 62 ИКС,) и прочность ciajin XI2M

до а„и~ 300(1 МПа но сравнению с непрерывной закалкой. ■

' /

Применение ПТО позволяет улучшить свойств стали Х12М после ирсрмннсюй закалки.

Наиболее высокие свойства доспнаются при использовании нредвартелыюй термической обработки в сочетаниисо ступенчатой закалкой'. При твердости 63 ИКС, достигается прочность при изгибе 3100 МПа.

Значительное различие в твердости и Прочности стали Х12М после различных способов термической обработки позволяв! установить обласш их применения для штампов холодного деформирования.

Для инструментов, главным свойством - которых" янлме1ся илнм:остоНкосгь • необходимо рекомендовать комбинацию предварительной термической обработки с прерывистой закалкой: закалка 850"с в масле + отпуск 600<>С + закалка прерывистая при 250®С - 3 мин.+нагрев 560"С - 5 мин., с последующим охлаждением на воздухе + отпуск 180(,С -1 ч. (ИКС, 64-65; а „„ -2000 МПа). К ним относятся вытяжные и гибочные штампы, формы прессования порошков, накатные инструменты простой формы.

Для инструментов, у которых важно сочоание износос гонкой и с прочностью необходимо рекомендовать комбинацию предварительной |срмнчсский обрибо|кн со закалка 850°С в масле + 01йуск 600"С + стунснчими ¡акалка

Ю30°С

с изотермой - 20 мин., с последующим охлаждением па вемдухе •

ошуск 180*4'- 1час. (ИКС, 62-63; а„„ - 3100 МПа ). К ним ошосякн вмрубнме ппампы простой формы, какашыс инструмешм., и^жн для резки. ,

Для инструментов, у которых характерно выкрашивание и смяше кромок целесообразно рекомендовать комбинацию преднаршелыюй к-рмичсской обработт с закалкой на июричную шсрдосп,: закалка 850"С в масле е. о1п>ск 75()'Ч' » закалка. 1070-1080°С с охлаждением в масле отпуск 525°С - 3 раза по I ч. (ИКС, 54-61, о„„ - 3300 МПа). К ним относятся вырубные штампы сложной формы, рен.бонак.пний инструмент, хололновыса,точные ниамиы и ниамны чило.шию ныдни.ши.ши' иоя,и для рубки. . -

л

РЕАЛИЗАЦИЯ РЕЗУЛЬТАТОВ В ПРОМЫШЛЕННЫХ УСЛОВИЯХ

Было -проведено широкое промышленное опробование предложенных рациональных режимов термической обработки.

Предварительная термическая обработка (закалка из межкритического интервала температур и высокий отпуск) внедрена на Московском заводе автоматических линий для:

- стальных накладных направляющих гаммы станков в виде длинных пластин сечением 50*0-2 х 52 мм, большой длины 526 мм и сложной формы с резкими переходами по сечению из инструментальной стали ХВГДдля получения высокой твердости). Закалка по обычному режиму с 850-860^С в масле вызывала: а) значительный прогиб (0,7-0.8 мм), что требовало повышенного припуска на шлифование и б) брак по трещинам (до 30-35%) в участках резкого изменения сечения. В результате применения рекомендованной обработки уменьшились после окончательной закалки: а) прогиб'направляющих в 3 раза (до 0,25-0,3 мм) и б) брак по* трещинам до 5-10%;

-ходовых винтов (из стали ХВГ) небольшого диаметра (24мм) и значительной длины (995 мм) для бесцентровочно-шлифоаальных станков моделей СЛ 501М и СЛ 5 ЮМ. Прогиб по середине длины винтов составлял при закалке по обычному режиму 0,6-0,8 мм. а в результате применения предварительной обработки уменьшился в 3 раза (до 0.25-0.3 мм).

Испытания для быстрорежущих сталей Р6М5, Р6М5К5 выполнены иа заводе "Фрезер" на образцах, изменение размеров которых характеризует деформацию инструментов большой длины (зенкеров, метчиков, разверток) И' насадных фрез с внутренним отверстием. Результаты испытаний подтвердили выводы лабораторных исследований и установили'значителыюе снижение прироста размеров, про) иба и уменьшение внутреннего диаметра колец по сравнению с получаемым при других способах закалки: ступенчатой и неполной изотермической. Кроме того, , полтерждена возможность последовательного выполнения нагрева ' в

межкритическом интервале температур (предварительная обработка) и ступенчатой закалки, что обеспечивало дополнительное уменьшение деформации. ■

Рекомендованная обработка принята для широких промышленных испытании на зано "е "Фрезер".

Испытания на 1-м П13 для ш т а м п о в о й стали Х12М были выполнены на вырубных штампах с внутренним отверстием при малой толщине сченки 31 мм. П результате применения комбинированного режима термической обрабо1ки уменьшились овальность, возникающая при обычной закалке с 1000-1020^С. Рекомендованная обработка принята для широкою промышленного опробования на подшипниковом заводе Г113-1.

Испытания на объединении "ЛОМО" были выполнены для шпиндельных головок из стали 40Х. В результате применения закалки с охлаждением в лигносульфонате, вместо масла, деформация уменьшилась в 2,5 раза. Рекомендованная обработка принята для промышленных испытаний на объединении "ЛОМО".

На заводах концерна "Узмашхлопкоткань" была внедрена закалка в "кипящем слое" и в лигносульфонате вместо закалки в масле н в растворах солей при термической оС,>або(ке валов, пружин, шпинделя и деталей штамповой оснастки щ сталей: 40Х, 65Г, 9ХС, ШХ15, ХВГ.

Деформация изделий уменьшилась в 3-4 раза при закалке в "кипящем слое" и в 1,5-2 раза при охлаждении в лигносульфонате.

На Ташкентском инструментальном заводе была внедрена закалка в "кипящем слое" вместо охлаждения в солях круглых плашек из ci&mt ХВСГ. В pciy.ii.une сокращен цикл обработки и снижена деформация. .

На заводе "Красный двигатель" г.Самарканда внедрена закалка в "кипящем слое вместо закалки в масле колец поршней и гильз двигателя трактора и авюмобиля m . стали ХВГ. В результате уменьшился брак по короблению и повышена износостойкость кольца.

На АО "Сино" г.Самарканда внедрена закалка в лш носульфонак- вмесю мнллкн в масле деталей холодильников и морозильных камер ni оалей 4()Х, 05Г, Х1П\ В

результате внедрения уменьшился расход масла, уменьшилась деформация и процесс термической обработки стал экономически выгодным.

Проверенные промышленные испытания инструментов и деталей машин подтвердили правильность выбора режимов термической обработки в обеспечении минимальной деформации и высокого комплекса основных (функциональных) свойств.

Экономический эффект от внедрения сое твил I млрд. рублей в ценах 1996г.

ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ.

1. Современное состояние вопроса бездеформационной термической обработки сталей испытывает необходимость систематического всестороннего изучения этой сложной проблемы, применительно к каждому конкретному классу сталей с учетом большого ряда факторов /форма детали, особенности теплового режима, исходное состояние и пр./. Недостаточное внимание .к этой проблеме, ряд существующих противоречий не*позволяет сформулировать основные технологические принципьР бс (Деформационной обработки. . ■

2.4 Разработана методика определений остаточной деформации, создаваемой термической обработкой, изменения линейных размеров тел круглого и прямоугольного сечения, знака напряжений, чувствительности к закалочным трещинам. Деформация изделий различных типоразмеров шайб и колец изменяется пропорционально изменению длины образца 0 10мм и длиной 100мм.

3. Исследованиями на сталях ферритного и аустенитного классов, не испытывающих полиморфных превращений, установлены практически идентичные тенденции в получении остаточной отрицательной деформации после закалки.

Установлено, что режимами термической обработки,' приводящие к малой деформации при закалке являются: для аустенитных сталей нагрев 1020-Ю50°С, охлаждение на воздухе, для ферритных сталей нагрев 1020-1030°С, охлаждение на жп.тухс. • ■

4. Деформация .при закалке сталей, испытывающих полиморфное превращение, ■чфгделлчея соотношением составляющих (мартенсита, остаточного аустснита и

карбидов). С ростом содержшия углерода в мартенсше размеры изделия увеличиваются, а рост количества остаточного аусгенита уменьшает размеры изделия. Деформация изделия нри окончательной термической обрабо1ке в значительной мере определяется напряженным состоянием , полученным при предварительной - обработке. Снижение деформации при закалке возможно выполнением предварительной термической обработки (закалка А| - Аг И высокий отпуск).

-5. Уменьшение объема стали и соответственно размеров сильною изделия нри закалке с нагревом • в интервале температур А| - А2 вызвано: остаточной деформацией, возникающей, под влиянием дополнительною сжатя, связанного с усилением межатомного взаимодействия и фазовыми переходами (II рода) железа из ферромагнитного в антиферромагшшюе состояние а -4 (1 (в точке А;) и (1 рода) а ф) железа в у железо (в интервале А | - А3 ).

Снижение остаточной деформации вызывается закрытием микродефектов под влиянием сжатия, возникающего в момент минимальною сопро! пиления пластической деформации, и максимальной пластичности при полиморфном превращении.

Деформация изделий нри термической обрабоже являеки спедстием алгебраического сложения напряжений от межаюмною взаимодействия и структурных, тепловых, магнигострнкционных напряжений

6. Остатчнаи отрицательная деформация (полученная закалкой с на! ревом Л | А2 ) не снимае1ся последующим ошуском или огжшом стали н умсньншекн при., закалке на мартенсит с Нагревом и нри выдержке в области рекриспиинпаини аустеннта, когда достигается возможное 1Ь более полною нрпчожлепни диффузионных процессов. ................, .

7. Снижение сопротивления пластической деформации стали при 1емнсра1)рих А> - А2 усиливает объемный эффект из-за улучшения ус тийй нт 1 оческой деформации.

Сопротивление пластической деформации увеличиваем« п /ффем ежа ни уменьшается с росIом количества иерлша и шбмючныч карбидов при ик шчапш уровня ле| ированни <аерл»1 о раствора.

, Величина сжатия максимальна для сталей, у которых температуры А2 и Л3

совпадают, т.е. иснолыуются два эффекта от магнитного и полиморфного превращения.

8. Уменьшение дсформаиин, улучшение механических и технологических свойств возможно при совмещении: предварительного улучшения (изделия и заготовки) путем закалки с нагревом в интервале Л| - А? и высокого отпуска и окончательной термической обработки, принятой в промышленности.

9. Предварительная термическая обработка (НТО) обеспечивает максимальный положительный эффект при .нагреве стали в электрической печи и уменьшается в последовательности: газовая печь, "кипящий слой", соляная ванна.

10. Окончательная закалка обеспечивает минимальную деформацию и высокие механические свойства при нагреве, в электрической печи й охлаждении с

ч' минимально возможной скоростью при непрерывном охлаждении.

Наиболее высокими свойствами обладает мартенсит, образовавшийся после нттермической выдержки в оЛласти»нсреохлажденного аустенита перед началом' образования второй фазы: карбидной в области перлитного превращения, ферритной н области бейнитного превращения и мартенсита в области мартенситнога превращения.

11олучение высокой твердости и прочности достигается окончательной ступенчатой закалкой с изотермой в области высокой устойчивости переохлажденного иусгсшна'. Ступенчатая закалка уменьшает деформацию изделий но сравнению с обычной закалкой, особенно эффективно для быстрорежущих сталей при изотерме в облает бейнитного превращения. Наиболее высокая твердость и износостойкость обеспечивается окончательной прерывистой закалкой. Наиболее высокая прочность достигается окончательной закалкой па вторичную твердость.

11.11рсдиаритсльная термическая обработка уменьшает деформацию изделий наиболее значительно для сталей, закаливаемых на первичную твердость. " Минимальная деформация при закалке углеродистых сталей обеспечивается при -0.0)!"-; ут лерода: при большем содержании утлерода увеличивается прирост г ;т qv.ni. при меньшем' наблюдается уменьшение размеров при термической ; ' 2в

- обработке.

При закалке на первичную твердость средне и высокоутлсродистых ешлей, меньшую деформацию получают легированные с шли; деформация увеличивается с ростом содержания утлерода в стали л уменьшается с ростом уровня легирования.'

Увеличение количества карбидов в заэшектиднон cia.ni немною увеличивает деформацию, а в ледебурит noil не оказывает существенно! о влияния

При закалке на вторичную (вердоаь тенлосюйких ciajieii деформации увеличивается пропорционально содержанию углерода в стали и уровню легирования карбидообразуюшими компонентами.

12. Применение комбинированною режима обработки увеличивает в 2-2,5 раза деформацию низкоуглеродистых сталей (др 0,3% С); конструкционных низко и высоколегированных сталей и высоколегированных штампоных ctajieií юрячею деформирования С коррознонностойких ферритных. Однако , она оказывает положительное влияние па прочностные свойства. i

13. Величина относительной деформации после комбинированною режима слабо зависит от соопюшения Д/S (шайб) и Д/d (колен) в пределах oí 2,2 до 3.3 Деформация лежит в пределах 0,05. .0,07% ;(ля образцов мша шайб. На кольцевых образцах наблн щется уменьшение внутреннею диаметра на величину 0,05. 0,06 п 0,05...0,09% соответственно для лечированных и учлеродпетих етален. Внешний диаметр увеличивается в пределах 0,03...0,08% для лечированных и 0,05. .0,08% длн углеродистых. "Уш деформации мо|ут бьиь ynienu при проектировании деталей h инструмента.

14. Рекомендуемые режимы термической обработки для снижения оетшочион деформации сталей Mapienciiriioiо, перлы mu о и кароидпою классов ян.ыиися:

а/ liai рев в электрической печи и охлаждение в "кипящем слое" » ошуск;

б/1ПО + окончательная закалка + отпуск.

15. Рекомендованы*режимы термической oópaóoi кн. уменьшающие оетатчт и. деформацию изделий для стилей разных счруыурних класиш донискюн нн.п эвтектоидиых^ ча'жгсктоилных, лсдебурйшых, ayctemuitux, ферритых, нерппнич' MapieHciiiHi.ix и карбидных/ и ранюю назначения, дди-ннампон , \и ю тою и

горячего деформирования, осевых деталий типа валов, ходовых винтов, направляющих станков, шпинделей, различных инструментов большой длины /зенкеров, метчиков, разверток/ и насадных с внутренним отверстием и др..

, 16. Результаты исследований проверены и рекомендованы для широких испытаний на: " -

- заводе "Фрезер " для больших групп инструментов: насадных, длинных разверток и метчиков из быстрорежущих сталей;

- заводе 1-м Г'ПЗ для штампов-колец изштамповой стали Х12М; было подтверждено уменьшение овальности внутреннего отверстия' (в 2 раза) при окончательной закалке;

- объединении "ЛОМО" для шпиндельной головки из стали 40Х; было подтверждено уменьшение деформации (в 2,5 раза) при окончательной закалке.

Результаты исследования внедрены; на Московском заводе Автоматических

Ч

линий для изделий сложной конфигурации из инструментальной стали ХВГ, закаливаемой на высокую твердеть: стальных направляющих станков с резкими переходами по сечению и с значительным отношением длины (526 мм) к толщине (50x52 мм) и ходовых винтов с большим отношением диаметра (20 -25 мм) к длине (950-1000 мм). '

Применение нагрева в межкритическом интервале температур и отпуска 580-бОО^С обеспечило при последующей закалке (850 -860°С, масло):

а) уменьшение прогиба в 2-3 раза и припуска на шлифование в 2 раза с 0,7 до 0,35 мм;

б) снижение с 30-35 до 5 -10% брака по трещинам для направляющих.

• На заводах концерна "Узмашхлопкоткань" закалка в"кипящем слое" и в л и гн осу л ьфонате вместо использования масла и растворов солей при термической , обработке валов, пружин, шпинделя и деталей штамповой оснастки из сталей 40Х, 65Г , 9ХС, HIXI5, ХВГ обеспечило уменьшение деформации изделий в 3-4 раза при закалке и "кипящем слое" и в 1,5-2 раза при охлаждении в лигносульфонате после окончак'лмшй термообработки;

2В

- на Ташкентском инструмсшальном заводе -закалка в "кипящем слое" вмесю охлаждения в солях круыых плашек из стали ХВСГ обеспечила сокращение цикли обработки и значительное снижения деформации;

- на заводе "Красный двнга1едь" ».Самарканда закалка в"кшшнем слое" вместо закалки в масле колец поршней и гильз двштиели фактора и автомобиля из стали ХВГ обеспечила уменьшение коробления и повышения износостойкое! и кольца;

- на АО "Снно" г.Самарканда закалка в лшносульфона1с вмесю закалки в масле деталей холодильников и морозильных камер из сталей 40Х, 651', ХВГ обеспечила значительное уменьшение деформации.

Экономический эффект составил I млрд. руб в ценах 1946 года.

Основное содержание диссертации изложено в следующих публикациях:

1.Геллер Ю.А., Моисеев В.Ф, Маматкулов Д.Д. Термическая обрабо!ка изделий из стали ХВГ' для-уменьшения деформации // Технология производства, научная организация труда и управления. М.: 1977. № 7. С.8-10.

2. Геллер К).А., Моисеев В.Ф, Маматкулов Д.Д. Термическая обрабожа снижающая деформацию деталей станков // Оанки и нпсфумещ. М.: 1977.№ 8. С.35-37.

3. Г еллер К).А., Александрович В.Л., Мамажулов Д.Д. Термическая обрабожа инструмешов из быстрорежущих сталей для уменьшения деформации // Технология производства, научная оршшзация груда и управления. М : 1У78. №-4 С.10-12.

. . 4. Маматкулов Д.Д. О чувствительности оали. к образованию фещин при закалке// Пугн повышения чффекншности машпноефоення. Самарканд: ИНК) 1982. С.24. _ ... .....

5. Моисеев В.Ф., Маматкулов Д.Д., 1'акач '). Предваршсльная ирмнческан обработка для улучшения механических свойсж шншых щделин и Пут ноуишени* качества и надежности инсфумепза. Рубцовск. 14111. 19X5. С )2-3 (

6. Маматкулов Д.Д. Термическая обрабожа инсфумешапып.и статей дчя улучшения техноло! нчсских свойсчв // Ускорение и ншенсифнкапнн научно, технического професса. Самарканд: ИНН). 1987 СТ>>.

, 7. Маматкулов Д.Д. Влияние закалки из области межфазового превращения на свойства стали в условиях усталостного разрушения //Ускорение и интенсификация научно-технического прогресса. Самарканд: ВНТО. 1988. С.86.

8. Маматкулов Д.Д. Влияние закалки из области межфазового превращения на

\

прочность и вязкость сталей // Ускорение и интенсификация научно-технического прогресса. Самарканд: ВНТО. 1990. С.51.

9. Шахназаров Ю.В., Петрова Л.В., 'Домнина Н.В., Маматкулов Д.Д. Опыт использования водных растворов лигносульфоната технического для закалки разнолегированых сталей II Новые стали и сплавы, режимы их термической обработки. Л.: ЛДНТП. 1991. С.57-59.

10. Маматкулов Д.Д. Предварительная термическая обработка для улучшения свойств стали в эг"отопках II Новые стали и сплавы, режимы .их термической обработки. Л.: 1991. С. 48-49.

11. Моисеев В.Ф, Маматкулов Д.Д.« Совместное использование .нагрева в область межфазового превращения и ступенчатой закалки для уменьшения деформации /к Новые стали и сплавы, режимы их термической обработки. Л.: ЛДНТП. 1991. С.46-48.

12. Маматкулов Д.Д. Влияние закалки от температур межфазового превращения на механические свойства сталей II Прогрессивные методы получения конструкционных материалов и покрытий, повышающих долговечность деталей машин. Волгоград: ВДНТ. 1991. С.200.

13. Маматкулов Д.Д Влияние закалки от температур межфазового превращения на поведение готовых деталей // Прогрессивные методы получения конструкционных материалов и покрытий, повышающих долговечность деталей машин. Волгоград: ВДНТ. 1991. С. 54-56.

14. Шахназаров Ю.В., Маматкулов ДД.Домнина Н.В. Опыт использования водных растворов лигносульфонагга для закалки инструментальных и . конструкционных сталей // Прогрессивные методы получения конструкционны* материалов и покрытий, повышающих долговечность деталей машин. Волгоград: ВДНТ. 1991. С.52-54.

15. Маматкулов Д.Д., Домпина П.В. Термическая обработка лля уменьшения деформации//Изв. вуз. Черная металлургия, 1991. № 8. С.44-46.

16. Маматкулов Д.Д .Влияние предварительной закалки из межкритической области температур на поведение готовых изделий // Новые мате- риалы и' ресурсосберегающие технологии термической и .имико-термнческой обработки в машиностроении и металлургии. Новокузнецк: ЦП ВИТО машиностроителей.' 1991, С.101-103.

17. Маматкулов Д.Д. Термическая обработка ~ изделий из стали 111X15 для уменьшения деформации // Механизации хлопководе tea. 1991. N»11. С. 23-24/•

18. Маматкулов Д.Д., Шахназаров Ю.В Закалка разнолегированых сталей, применяемых для изготовления деталей хлопкоуборочных машин // Механизация хлопководства. 1991. № 12. С.19-20. .

19. Маматкулов Д.Д., Шахназаров Ю.В., Домнина Н.В. Оныг использования . , водных растворов ли> носульфоната взамен масла для закалки инструментальных и конструкционных сталей // Проблемные вопросы создания и внедрения экологически чистых технологий на предприятиях машиностроения. Ташкент: ВНГО машиностроителей. 1991. С.82-84.

20. Мама.кулов Д.Д., Сергеев ЮГ. Причины изменения объема вблизи температур фазовых превращений при низко|емисрагурной закалке инструментальных сталей •// Новые стали и сплавы, режимы их термической обработки. СПб.: СПбДНТП. 1992. С.35-37.

21. Сергеев Ю.Г., Маматкулов Д.Д., Моисеев В.Ф. Влияние &иизо1ропии на деформацию инструментальных сталей при термической обрабшке // Новые стили и сплавы, режимы их термической обрабо.ки. СПб.: С'ПбДНТП. 1992. С.72-74.

21. Маматкулов Д.Д. Повышение свойств конструкционных сталей за сче| предварительной термической обработки // Механизация хлопководами 1992. № 1 С.21.

23. Моисеев В.Ф., Мпмаисулов Д.Д. Влияние предварше м ной такалки щ ' межкритической области iCMiiepaiyp па уменьшение коробления пнеiр>меныи.ни\

■ I

* ' . '

сталей // Материалы и упрочняющие технологии - 92. Курск: ВИТО машиностроителей. 1992. С.62-63. 1 • 24. Маматкулов Д.Д. Режим термической обработки, уменьшающий деформацию и улучшающий обрабатываемость резанием инструментальных сталей // Материалы и упрочняющие технологии -92. Курск: ВИТО машиностроителей. 1992, С.38-39.

25. Маматкулов Д.Д. Влияние наложенного магнитного поля при закалке из мсжкритической области температур на уменьшение деформации стальных изделий // Термомеханическая обработка металлических материалов. М.: ЦРДЗ. 1992. С.34.

26. Сергеев Ю.Г., Маматкулов Д.Д. Предварительная термическая обработка для повышения механических свойств сталей // Термомеханическая обработка металлических материалов. М.: ЦРДЗ. 1992. С.31. .

27. Маматкулов Д.Д. Влияние магнитного поля на уменьшение деформации инструментальных сталей // Физика и технология электромагнитных воздействий на структуру и механические свойства кристаллов. Воронеж: ВИТО машиностроителей. 1992. С.95-96. г ' ' *

28." Маматкулов Д.Д.. Сергеев Ю.Г, Влияние предварительной закалки на деформацию, инструментальных сталей // Термическая обработка стали. Ростов-на-Дону: РИСХМ. 1992. С.70-71. .

29. Маматкулов Д.Д. Коробление инструментальных сталей при термической обработке // Термическая обработка стали. Ростов-на-Дону: РИСХМ. 1992. С.45-46.

30. Маматкулов Д.Д. О деформации изделий разной формы // Прогрессивные методы получения конструкционных материалов и покрытий, повышающих долювечность деталей машин. Волгоград: ВДНТ. 1992. С.132-134.

31. Маматкулов Д.Д. Термическая обработка, уменьшающая образование трещин ' при закалке // Прогрессивные методы получения конструкционных материалов и

покрытий, повышающих долговечность деталей машин. Волгоград: ВДНТ. 1992. С .129-132.

32. Маматкулов Д.Д .. Сергеев Ю.Г. Снижение деформации при термической обработке быарорежуших сталей // 1* собрание металловедов России.- Пенза: ПДИГН. 1493. С.66-68.

33. Маматкулов Д.Д., Сергеев Ю.Г., Дубова Т.Н., Шахнашров 1С).В. Термическая обработка резьбонарезной) инсгруме|1та из стали ХВГ it ХВСГ в " кипящем слое" // 1' собрание металловедов России. Пенза: Г1ДНТИ. 1993. С.64-65:

34. Сергеев Ю. Г., Анисимов B.C.,- Маматкулов Д.Д. К вопросу о " Полосчаюй" TcipyKiype Cr- Ni сталей // Радиационная повреждаемость и рабоюспособтнль конструкционных материалов. СПб.: СПБ1ТУ .1993. C.17-1S.

35. Маматкулов Д.Д., Шахназаров К).В., CepiccB К).Г., Сю1яр КО. Применение лигносульфоиата при закалке стали 40Х II Радиационная повреждаемое 1Ь и работоспособность копирукшюнных материалов. СПб.: CII61T У.1УУЗ. С.17. .

36. Маматкулов Д.Д., Моисеев В.Ф.,Сергеев Ю. Г., Снижение деформации при" термической обработке инструментальных сталей //• Проблемы аигомашзацни и технологии в машиностроении. Рубцовск: РИИ. 1994. С. 180-181.

37. Загороднов Д.А., Маматкулов Д.Д., Моисеев В.Ф.О режиме , ступенчат ой закалки стали Х12М // Проблемы автоматизации и техноло! ни в машиностроении.

. Рубцовск: РИИ. 1994. С.120-121......... ..................- ........

38. Загороднов J1.A., Моисеев В.Ф., Маматкулов Д.Д., О 1срмичсской обрабшке высокохромнстых штамповых сталей // Проблемы авюмашшши u lexiiojioimi в машиностроении. Рубцовск: РИИ. 1994. С.118-120.

39. Шахназаров К).В., Мамазкулов Д.Д., Моисеев В.Ф.,Сср1 ecu М.1 ., Влияние-способов термической обработки на деформацию сiалей И llpoi рессннпые 1ехноло| ни в машиностроении. Рубцовск: РИИ. 1995. С.32-33.

"40."Сергеева'Ю.Г..'Мамагкулов Д.Д. Влияние предвари тельной 1ермическо1Г обработки на механические свойства и фещиностойкость инсфу метальных сiалей Профессивныетехнологни в машиностроении. Рубцовск: РИИ. 1995, С.30-32,

41. Моисеев В.Ф., Маматкулов Д.Д., Изменение размеров изделий из переходных металлов при закалке // Прогрессивные icxikvioiни в машиностроении, Рубцовск: РИИ. 1995. С 28-30.

42. Сергеев 10.Г.,Мама1кулов Д.Д, Снижение деформации при шь.ыье длинномерных изделий из инструмешальпых с тлей // llpoi ресснвные icKiuuoiini и машиностроении. Рубцовск: РИИ. 1995. С.26-28.

43. Иванов А.Н., Моисеев В.Ф„Маматкулов Д.Д.- Влияние предварительного улучшения на внутренние напряжения в стали // Прогрессивные технологии в машиностроении. Рубцовск: РИИ. 1995. С.25-26.

44.Маматкулов Д.Д., Сергеев Ю.Г. Предварительная термическая обработка стали Х12М // Прогрессивные технологии в машиностроении. Рубцовск: РИИ. 1995. С.23-24.

45.Маматкулов Д.Д., Моисеев В.Ф. Влияние состава стали на деформацию при термической обработке // Прогрессивные технологии в машиностроении. Рубцовск: РИИ. 1995. С.21-23.

46. Маматкулов Д.Д. Термическая обработка инструментальных сталей в " кипящем слое"и в ядовитых соляных ваннах // Экология, энерго и ресурсосбережение. Самарканд: СамГАСИ. 1996. С.67.

47. Маматкулов Д.Д. Влияние температуры натрева на величину деформации при нагреве в межкритическом интервале температур // Самарканд: СамГАСИ. 1996. С.89.

48. Сергеев Ю.Г., Мамат^лов Д.Д., Шахназаров Ю.В. Влияние параметров ускоренного отпуска на деформацию стали Р6М5 // 3" собрание металловедов России. Рязань: ЦПТИ. 1996. С.66-68. . ,

49. Маматкулов Д. Д., Сергеев Ю. Г., Шахназаров Ю.В. Коробление и деформация малолегированных - сталей - при закалке в масле, 'водном растворе лигносульфоната и в кипящем слое II 3' собрание металловедов России. Рязань: ЦНТИ. 1996.С.69-71. , •

50. Сергеев Ю.Г., Маматкулов Д.Д. О прирывистой закалке стали Х12М. //Высокие технологии в современном материаловедении. Санкт-Петербург: СПбГТУ. 1997. С.22.

51. Маматкулов Д.Д. Термическая обработка изделий из конструкционных старей для уменьшения деформаций. II Высокие технологии в современном матсрняловелепии, Санкт-Петербург: СПбГТУ. 1997. С.23. ' -

52. А С, СССР Л« 724599. Штамповал сталь / Ю.А.Геллср, В.Ф.Моисеев, I Л Окологшч, Д.Д. Маматкулов, П.'). Рубина, АЛ.Новикова, М.Ю. Бровина, А.К. ()н( | нна Г.И.Старикова//Кюлл. Огкрьппя. Изобретения. 1980. Л? 12.