СПОСОБ ТЕРМИЧЕСКОЙ ОБРАБОТКИ КОНСТРУКЦИОННЫХ СТАЛЕЙ НА ВЫСОКОПРОЧНОЕ СОСТОЯНИЕ
HEAT TREATMENT METHOD OF STRUCTURAL STEELS FOR HIGH-STRENGTH STATE

Заявляемое изобретение относится к области металлургии, а более конкретно к термической обработке, в частности к термической обработке конструкционных сталей. В качестве высокопрочных (предел прочности более 1600 МПа) часто используются легированные конструкционные улучшаемые стали, в том числе 38ХС и 40Х. Термообработка на высокопрочное состояние заключается в закалке на мартенсит с последующим низким отпуском продолжительностью 1,5-2 часа. Столь продолжительный отпуск требуется для полного осуществления процесса релаксации остаточных напряжений. Актуальной является задача уменьшения продолжительности отпуска без снижения конструктивной прочности. Известен способ термической обработки изделий из конструкционных сталей (см. патент RU 2422540 С1, 27.06.2011 г. Бюл. №18). Для повышения пластичности, ударной вязкости и прочности изделий из конструкционной стали осуществляют нагрев изделия до температуры аустенитизации и охлаждение на воздухе до температуры превращения аустенита в феррито-цементитную структуру с последующим охлаждением пульсирующим газовым потоком. Основным недостатком способа является недостаточно высокая прочность, не позволяющая применять данный способ термической обработки к высоконагруженным изделиям. Наиболее близким по технической сущности к заявляемому изобретению является способ снятия остаточных напряжений на поверхности металлических изделий (см. Иванов Д.А., Засухин О.Н. Газоимпульсная обработка машиностроительных материалов без предварительного нагрева // Двигателестроение. - 2010, №2, с.20-22), принятый в качестве ближайшего аналога.
Снятие растягивающих остаточных напряжений на поверхности металлических изделий осуществляют за счет воздействия на них пульсирующего дозвукового воздушного потока, имеющего частоту 1130-2100 Гц и звуковое давление 120-140 дБ при комнатной температуре.
Основным недостатком данного известного способа является отсутствие повышения твердости и прочности изделия.
Перед заявляемым изобретением поставлена задача сокращения продолжительности технологического процесса упрочняющей термической обработки конструкционных сталей при сохранении высоких значений показателей твердости и прочности и обеспечении достаточной надежности.
Решение поставленной задачи достигается тем, что конструкционные стали подвергают стандартной для сталей данных марок закалке на мартенсит с последующим воздействием на них пульсирующего дозвукового воздушного потока, имеющего частоту 1130-2100 Гц и звуковое давление 120-140 дБ при комнатной температуре.
Таким образом изобретение позволило получить технический результат, а именно: сократить в 3-4 раза продолжительность технологического процесса упрочняющей термической обработки конструкционных сталей при сохранении высоких значений показателей твердости и прочности и обеспечении достаточной надежности.
Заявляемое изобретение реализуется следующим образом.
Стальное изделие закаливается на мартенсит стандартно для стали данной марки, после чего при комнатной температуре размещается на выходе из резонатора установки и подвергается в течение 10-15 минут воздействию пульсирующего дозвукового воздушного потока, имеющего частоту 1130-2100 Гц и звуковое давление 120-140 дБ, оказывающего комплексное влияние на метастабильную структуру мартенсита и способствующее протеканию в ней процессов, аналогичных превращениям при низком отпуске, вызывая при этом более значительное, чем при низком отпуске снижение остаточных напряжений.
При этом выбор амплитудно-частотных характеристик воздушного потока и продолжительности обработки определяется геометрическими параметрами, а также материалом обрабатываемого изделия. Механические свойства сталей 40Х и 38ХС после описанной обработки более высокие в сравнении со свойствами после стандартной обработки на высокопрочное состояние, заключающейся в закалке и последующем низком отпуске. При твердости в среднем на 2 единицы HRC выше и более высоких значениях показателей прочности значения показателей пластичности и ударной вязкости не уступают стандартным. Подобно тому, как в случае механического воздействия на остаточный аустенит в закаленной стали он превращается в мартенсит, метастабильный мартенсит закалки может распадаться с образованием мартенсита отпуска и s-карбида в результате распространения в изделии механических волн. Также происходит релаксация остаточных закалочных напряжений вследствие перемещения дислокации.
Данный способ позволяет применять обработку пульсирующим воздушным потоком к изделиям из конструкционных легированных сталей, термообрабатываемых на высокопрочное состояние.
Таким образом изобретение позволило получить технический результат, а именно: сократить в 3-4 раза продолжительность технологического процесса упрочняющей термической обработки конструкционных сталей при сохранении высоких значений показателей твердости и прочности и обеспечении достаточной надежности.