Термическая обработка прокатных цехов

Размещено на http://www.allbest.ru/

Содержание

1. Факторы влияющие на мартенситное превращение в углеродистых сталях - на примере стали 40 (концентрация углерода, положение точек Мн и Мк, особенности ТКД, скорость охлаждения, внешнее воздействие на переохлажденный аутенсит)

2. Упрочняющая термическая обработка цельнокатаных железнодорожных колес с предварительной ПФО (привести график режима обработки)

Литература

мартенситный углеродистый сталь железнодорожный

1. Факторы влияющие на мартенситное превращение в углеродистых сталях - на примере стали 40 (концентрация углерода, положение точек Мн и Мк, особенности ТКД, скорость охлаждения, внешнее воздействие на переохлажденный аутенсит)

Сталь 40Х - конструкционная улучшаемая машиностроительная сталь, легированная хромом. Введение хрома способствует уменьшению критической скорости закалки, а следовательно, улучшению прокаливаемости. Из-за большей прокаливаемости и меньшей критической скорости закалки замена углеродистой стали легированной позволяет производить закалку деталей в менее резких охладителях (масле, воздухе), что уменьшает деформацию изделий и опасность образования трещин. При охлаждении в масле сталь 40Х позволяет получить сквозную прокаливаемость до диаметра 20 мм (сталь 40 - до 10 мм). Применяется сталь 40Х для изготовления средненагруженных машиностроительных деталей небольших сечений (валов, штоков, шатунов и т.п.).

Химический состав стали 40X: 0,36 - 0,44 %С; 0,5-0,8 %Mn, 0,8-1,1 %Сr. Термическая обработка стали 40Х заключается в улучшении: закалка с температуры 860 °С с охлаждением в масле и высокий отпуск при температура 500-60С °С с охлаждением в воде, а для мелких деталей в масле. Сталь склонна к отпускной хрупкости II рода, устранение которой требует быстрого охлаждения с температуры высокого отпуска. После отжига (в равновесном состоянии) сталь имеет структуру, состоящую из феррита и перлита (рис.1). В термически обработанной стали структура состоит из продукта распада мартенсита - сорбита. Улучшение обеспечивает высокий комплекс механических свойств: уb= 1000 МПа;. у0,2 = 800 МПа; д = 10 %; ш = 45 %, KCU=0.6 МДж/м2.

Легирующие элементы, не влияя на кинетику мартенситного превращения, оказывают влияние на положение температурного интервала мартенситного превращения, что отражается на количестве остаточного аустенита, которое фиксируется в закаленной стали. Некоторые элементы повышают мартенситную точку и уменьшают количество остаточного аустенита (Аl, Со), другие не влияют на нее (Si), но большинство снижают мартенситную точку и увеличивают количество остаточного аустенита (рис. 1). Влияние легирующих элементов на температуру мартенситного превращения (а) и количество остаточного аустенита (б) сталей, содержащих 1%С

Рис. 1

Из диаграммы видно, например, что 5 %Мп снижает мартенситную точку до 0 °С, следовательно, при таком (или большем) содержании этого легирующего элемента охлаждением можно зафиксировать аустенитное состояние.

Мартенситное превращение было открыто при изучении закалки сталей. Ниже кратко рассмотрены наиболее характерные особенности мартенситного превращения в углеродистых сталях, которые более наглядно предстают при сравнении с перлитным превращением.

1. Мартенситное превращение протекает при быстром охлаждении углеродистой стали с температур выше Au например в воде, когда подавлен диффузионный распад аустенита на смесь двух фаз (феррита и карбида), резко отличающихся то составу от исходного аустенита. Концентрация углерода в мартенсите такая же, как и в исходном аустените.

Следовательно, в отличие от перлитного превращения мартенситное превращение -- бездиффузионное.

2. Превращение аустенита в мартенсит при охлаждении начинается с определенной для каждой марки стали температуры или Ms (в индексе стоят первые буквы слов «начало -- start»). Температура начала мартенситного превращения не зависит от скорости охлаждения в очень широком диапазоне скоростей, в то время как температура начала перлитного превращения снижается с ростом скорости охлаждения.

В отличие от перлитного мартенситное превращение невозможно подавить даже при самых больших достигнутых скоростях охлаждения. Мартенситообразование происходит в определенном интервале температур между верхней мартенситной точкой Мн и нижней мартенситной точкой, обозначаемой Мк, или Mf, (в индексе стоят первые буквы слов «конец -- finish»).

На С-диаграмме превращений переохлажденного аустенита при температурах Мн и Мк проходят горизонтали, указывающие на начало и конец мартенситного превращения. Зависимость температур начала и конца мартенситного превращения от содержания углерода показана на рисунке.

С-диаграмма с мартенситными точками

С-диаграмма с мартенситными точками для стали с 0,8% С;

А -- устойчивый;

Ап -- переохлажденный;

Аост -- остаточный аустенит;

Мрт -- мартенсит;

Ф -- феррит;

К -- карбид.

Зависимость температур

Зависимость температур начала (Мн) и конца (Мк) мартенситного превращения от содержания углерода в системе Fe -- С.

3. При температуре Мн превращение только начинается, появляются первые кристаллы мартенсита. Чтобы мартенситное превращение развивалось, необходимо непрерывно охлаждать углеродистую сталь в мартенситном интервале Мн -- Мк. Если охлаждение приостановить и выдерживать углеродистую сталь при постоянной температуре внутри этого интервала, то образование мартенсита почти сразу же прекращается.

Эта особенность наиболее ярко отличает кинетику мартенситного превращения от перлитного, которое, как показывает С-диаграмма, всегда доходит до конца при постоянной температуре ниже точки А и т. е. оканчивается полным исчезновением аустенита, если время изотермической выдержки достаточно велико. После мартенситного превращения даже при охлаждении стали до температуры Мк, сохраняется некоторое количество остаточного аустенита.

4. В отличие от перлитного мартенситное превращение в углеродистой стали не имеет инкубационного периода. Длина горизонтали Мк на рисунке никакого физического смысла как отрезок времени, в течение которого идет мартенситное превращение, не имеет. Горизонталь Мк отмечает температуру, ниже которой чрезвычайно быстро, практически «мгновенно», образуется некоторое количество мартенсита.

5. В средне- и высокоуглеродистых сталях мартенсит образуется в форме пластин, растущих с громадной скоростью (порядка 1 км/с) при любых температурах, в том числе и ниже 0 °С. После «мгновенного» образования мартенситная пластина не растет. Количество мартенсита при охлаждении ниже точки Мн увеличивается не вследствие подрастания уже образовавшихся пластин, а в результате «мгновенного» возникновения все новых и новых пластин. Эта особенность также резко отличает мартенситное превращение от перлитного. В процессе развития перлитного превращения не только образуются новые, но и растут ранее образовавшиеся колонии.

6. Между решетками кристаллов мартенсита и исходного аустенита имеется определенное ориентационное соотношение, закономерная ориентировка решетки мартенсита по отношению к решетке аустенита, в то время как при перлитном превращении решетки фаз, входящих в эвтектоидную смесь, могут быть и произвольно ориентированы по отношению к решетке исходного аустенитного зерна.

7. При мартенситном превращении в углеродистых сталях на плоской полированной поверхности образца образуется характерный рельеф, свидетельствующий об изменении формы превращенного объема аустенита. При перлитном превращении такой рельеф не возникает. Характерный рельеф на исходной плоской поверхности образца может служить главным внешним признаком мартенситного превращения.

Мартенситное превращение, открытое при изучении закалки углеродистых и легированных сталей, как выяснилось впоследствии, является одним из фундаментальных способов перестройки кристаллической решетки, свойственным самым разным классам кристаллических веществ: чистым металлам, безуглеродистым сплавам на основе железа, сплавам цветных металлов, полупроводниковым соединениям и др.

2. Упрочняющая термическая обработка цельнокатаных железнодорожных колес с предварительной ПФО (привести график режима обработки)

Для изготовления колес используют стальные слитки массой 3,4 - 4 т, которые раскраивают на шесть - семь заготовок, используя слиткоразрезные станки с последующей ломкой на прессах усилием 1960 - 4067 кН.

Нарезанные заготовки 1 подают в кольцевые газовые печи для нагрева в течение 5,6 - 6,0 ч.

После нагрева производится предварительная осадка (усилием 19600 кН)

Затем производится осадка в кольце .

Выполняется разгонка металла пуансоном (усилием 4960 кН).

Предварительная формовка ступицы и прилегающей к ней части диска (усилием 9800 кН).

Прокатка обода и прилегающей к нему части диска .

Выгибка диска и калибровка геометрической формы колеса (усилием 349 - 330 кН).

Прошивка отверстия в ступице.

Все процессы изготовления колес выполняются на прессопрокатной линии.

После этого колеса подают на противофлоксную обработку, которая ведется в конвейерных печах путем нагрева до 400 - 650 оС, выдержка при этой температуре не менее 4,5 ч. Все колеса подвергают прерывистой закалке и отпуску на специальных установках.

Перед закалкой колеса нагревают в кольцевых печах до температуры 800 - 850 оС в течение от 80 до 110 мин. Затем колесо укладывают на специальный стол, который поворачивается в вертикальное положение.

С помощью приводного ролика колесо вращается и одновременно его обод охлаждается водой, имеющей температуру 20 - 35 оС в течение 100 - 200 с. После закалки колесо возвращается в горизонтальное положение. Колеса складывают в стороны для остывания в течение 30 - 40 мин, а затем их передают для отпуска в кольцевые электропечи.

Отпуск производится в течение 2,5 - 3,0 ч при температуре 470 - 520 оС. После термообработки колеса поступают на механическую обработку, которая выполняется на специальных станках.

Механической обработке подлежат: поверхность катания; гребень; торцевая поверхность обода с внутренней стороны торцов и отверстие ступицы.

Известен способ изготовления изделий типа тел вращения, включающий подстуживание после прокатки, подогрев до температуры противофлокенной обработки, изотермическую выдержку и замедленное охлаждение, затем с продолжительным разрывом во времени (несколько суток) нагревают до температуры термоупрочнения с последующими закалкой и отпуском. Этот тепловой разрыв между изотермической выдержкой и термическим упрочнением увеличивает вероятность образования флокенов в металле при повышенном содержании водорода в стали.

Эта задача решается тем, что в способе изготовления железнодорожных бандажей из непрерывнолитых заготовок, включающем предварительный подогрев заготовок до 950oC, нагрев до температуры деформации, прокатку, изотермическую выдержку, термоупрочнение и отпуск, согласно изобретению после предварительного подогрева осуществляют подстуживание поверхностных слоев заготовки на 150 - 250oC ниже температуры подогрева и с этой температуры ведут нагрев до температуры деформации, после прокатки изделие замедленно переохлаждают до 300 - 450oC и нагревают до 550 - 650oC с изотермической выдержкой, затем изделие переохлаждают до 300 - 450oC и с этой температуры нагревают до температуры термоупрочнения.

На чертеже приняты обозначения:

Для известного способа:

1 - подогрев заготовок в методической печи до 950oC,

2 - нагрев заготовок в камерной печи до температуры деформации;

3 - снижение температуры в процессе деформации и набора стоп;

4 - снижение температуры при замедленном охлаждении в неотапливаемых колодцах и на воздухе до температуры 20oC;

5 - нагрев под термоупрочнение;

6 - охлаждение при термоупрочнении;

7 - отпуск бандажей;

Для нового способа:

1 - подогрев заготовок в методической печи до 950oC;

2 - подстуживание поверхностных зон заготовок на 150 - 250oC;

3 - нагрев заготовок до температуры деформации 1250oC;

4 - снижение температуры в процессе деформации и набора стоп;

5 - переохлаждение стоп до температуры 300 - 450oC;

6 - подогрев до 550 - 650oC и изотермическая выдержка;

7 - повторное переохлаждение до 300 - 450oC;

8 - подогрев до температуры термоупрочнения 850oC;

9 - охлаждение в баке при термоупрочнении;

10 - отпуск.

Литература

1. Гуляев А.П. Металловедение. Учебник для вузов. 6-е изд., перераб. и доп. М.: Металлургия, 1986, 544 с.

2. Гудремон Э. Специальные стали. Пер. с нем. М.: Металлургиздат, т. I, II, 1959 - 1960, 1638 с.

3. Высокопрочная арматурная сталь / Кугушин А.А., Узлов И.Г., Калмыков В.В. и др. М.: Металлургия, 1986, с. 272.

4. Гуляев А.П., Ильченко М.М. Исследование и совершенствование технологии производства арматурной стали 23Х2Г2Т // Сталь. № 8. 1977

5. А.С. СССР № 1102816. Способ изготовления стальных кольцевых изделий / Шаповалов В.И., Антипова Н.В., Трофименко В.В. и др. Б.И. № 26, 1984.

6. Водородное охрупчивание высокопрочной низкоуглеродистой кремнемарганцовистой арматурной стали / Черненко В.Т., Сидоренко О.Г., Федорова И.П. и др. // Сталь. № 6. 1988. с. 85 - 89.

7. А.С. СССР № 1335573. Способ производства высокопрочной стержневой арматуры / Сидоренко О.Г., Бабич В.К., Федорова И.П. и др. Б.И. № 33, 1987.

8. Влияние водорода на пластические свойства высокопрочной арматурной стали 80С / Тупилко В.М., Сапиро В.С., Терещенко В.Т., Алферов К.С. // МиТОМ. № 2. 1971. с. 64 - 65.

9. Роль водорода в охрупчивании арматурной стали 35ГС, термически упрочненной с прокатного нагрева / Тупилко В.М., Заика В.И., Швед М.М., Тупилко Т.В. // ФХММ. № 4. 1974. с. 47 - 50.

10. Исследование влияния водорода на комплекс сдаточных механических свойств термомеханически упрочненной арматурной стали. Отчет о НИР. ДМетИ. Руководитель работы Ивченко А.В., ответственный исполнитель Шпак С.Н. Днепропетровск. 1989. 100 с. № гос. рег. 01.88.0039574.

11. О природе разрушений высокопрочной термически упрочненной арматурной стали / Кустов Б.А., Пушница Н.В., Демченко Е.Д. и др. // Сталь.

Размещено на Allbest.ru