СПОСОБ ТЕРМИЧЕСКОЙ ОБРАБОТКИ ДЕТАЛЕЙ
PROCEDURE FOR THERMAL TREATMENT OF PARTS

Изобретение относится к области металлургии, в частности к термической обработке плоских тонкостенных деталей, у которых отношение толщины к максимальному размеру составляет 1/50-1/200 и у которых при закалке возникают значительные деформации на плоскости.
Известен способ закалки такого типа деталей, при котором детали подвергают нагреву в камерных печах, закалке и отпуску в зажатом состоянии в специальных штампах [1].
Недостатком данного способа является то, что он не обеспечивает высокого качества плоскостности, а коробление деталей на плоскости значительно превышает допустимую величину.
Наиболее близким, принятым за прототип, является способ закалки и отпуска деталей в штампах на специальных автоматических установках [2]. Такая технология находит широкое применение в массовом производстве при термообработке подобных дисков. По данной технологии детали укладываются стопкой на шпиндель загрузочного устройства и автоматически перемещаются для нагрева ТВЧ в закалочный индуктор, нагреваются токами высокой частоты и охлаждаются в закалочном штампе. Отпуск после закалки так же производится в отпускном штампе. Коробление деталей после термообработки в таком специализированном агрегате удовлетворяет требованиям чертежа.
Недостаток этого способа заключается в том, что в условиях мелкосерийного производства такой процесс экономически нецелесообразен. Установка будет загружена всего на 8…10%, резко возрастет себестоимость изготовления данных деталей, необходимы дополнительные площади и дополнительные затраты на изготовление и монтаж такой сложной автоматической установки.
Задача изобретения - снижение деформаций без установки дорогостоящего автоматизированного оборудования.
Предлагается способ термической обработки деталей, включающий закалку и двукратный отпуск в зажатом состоянии, отличающиеся тем, что детали подвергают закалке в свободном состоянии, а для уменьшения деформаций первый отпуск после закалки производят при температурах ниже линии (Мн) начала мартенситных превращений на 20…50°С, а второй, стабилизирующий отпуск, после шлифовки осуществляют при температурах выше линии (Мн) начала мартенситных превращений на 50…100°С с получением троостита и необходимой твердости 39…44 HRC.
Благодаря сочетанию двух видов отпуска, особенно второму отпуску (стабилизированному) в зажатом состоянии с превращением мартенсита отпуска (полученному при первом отпуске) в троостит с получением необходимой по чертежу твердости, т.е. благодаря двукратным структурным превращениям, при отпуске значительно снижается величина деформации вплоть до 0,1…0,15 мм и выполняются требования технических условий по прочности и короблению (коробление должно быть не более 0,2 мм по плоскости).
Сущность способа заключается в том, что при отпуске после закалки детали в зажатом состоянии нагревают до температур ниже линии начала мартенситного превращения (Мн) на 20…30°С (для стали 30ХГСА - 280…320°С) и на шлифовку детали подают со структурой мартенсита отпуска, а после шлифовки детали подвергают стабилизирующему отпуску в зажатом состоянии выше линии мартенситного превращения (Мн) на 50…100°С (для стали 30ХГСА - 380…430°С) для получения структуры троостита и необходимой твердости [3].
Результаты эксперимента показали, что при шлифовке деталей со структурой мартенсита отпуска, обладающего более высокой прочностью, чем структура троостита, деформации после шлифовки значительно меньше. При последующем стабилизирующем отпуске в зажатом состоянии при температуре 380…430°С мартенсит отпуска превращается в троостит с получением необходимой твердости и минимальной деформации в пределах 0,1…0,15 мм. Это объясняется тем, что при данных структурных превращениях в большей степени снижается деформация, чем при старении при 200…260°С, что подтверждается и другими исследованиями [4].
При экспериментальных работах плоские детали "Диск", изготовленные из стали 30ХГСА, подвергались термообработке по двум режимам. По применяемому способу данной детали толщиной 3 мм и диаметром 170 мм после вырубки из листа и изготовления внутренних отверстий подвергали рихтовке в холодном состоянии. После этого для снятия напряжения и уменьшения коробления деталям производили высокий отпуск при температуре 640…670°С и предварительную шлифовку до толщины 2,6 мм. После предварительной шлифовки детали закаливали в масле в свободном состоянии при температуре 870…890°С, а отпуск производили в зажатом состоянии в специальном приспособлении при температуре 400…450°С. Получили необходимую твердость 39…44 HRC со структурой троостита, но коробление по плоскости составляло в ряде случаев (15…20% деталей от партии) более 0,2 мм (0,25…0,3 мм). Поэтому на деталях вторично производили шлифовку с толщины 2,6 мм до 2,2 мм. Однако в процессе шлифовки вновь возникали напряжения, и коробление деталей не уменьшалось.
С таким минимальным допуском по толщине (0,2 мм) детали подвергали старению в течение 8…10 часов при температуре 200…260°С так же в зажатом состоянии. После этого проводили окончательное (чистовое) шлифование в размер 2,0 мм. Однако 10…15% деталей вновь не соответствовали по допустимому короблению (0,2 мм).
По предлагаемому способу высокий отпуск при 640…670°С после вырубки из листа и изготовления отверстий, а так же закалку при 870…890°С проводили аналогичным способом, но отпуск после закалки проводили при температуре 280…300°С так же в зажатом состоянии, т.е. отпуск проводили ниже температур мартенситного превращения на 20…30°С с получением структуры мартенсита отпуска и твердости 50…55 HRC. При такой структуре и повышенной твердости при последующей шлифовке коробление уменьшается, т.к. снижается величина наклепа более прочной структуры мартенсита по сравнению со структурой троостита.
После закалки и такого видоизмененного отпуска производили окончательную шлифовку в размере 2,0 мм и стабилизирующий отпуск в зажатом состоянии при температуре 380…430°С, т.е. выше линии (Мн) мартенситных превращений на 50…100°С вместо старения при 200…260°С.
В процессе стабилизирующего отпуска в зажатом состоянии при данной температуре мартенсит отпуска превращается в троостит, твердость снижается до необходимой величины 39…44 HRC, а коробление составляет всего 0,1…0,15 мм. Стабильность небольшого коробления при данных температурах отпуска (280…300°С) и, особенно, при стабилизирующем отпуске (380…430°С) объясняется тем, что при структурных превращениях выше линии Мн на 50…100°С происходит релаксация напряжений и снижение твердости, что в итоге способствует снижению величины коробления до 0,1…0,15 мм.
Таким образом, предлагаемый способ термообработки тонкостенных конструкций позволяет получить детали высокого качества без установки дорогостоящего автоматизированного оборудования, что значительно снижает себестоимость изготовления деталей.
Источники информации
1. Кузьмин Б.А., Самохоцкий А.И., Кузнецова Т.Н. Металлургия, металловедение и конструкционные материалы. - М.: Высшая школа, 1974, с.121-122.
2. Исханов С.С., Инглези Ю.Х., Грушко A.M. Основные направления и тенденции повышения технического уровня технологии термической обработки. Серия Производство и технология. - М.: 1971, с.30-38.
3. Попов А.А., Попова Л.Е. Изотермические и термокинетические диаграммы расхода переохлажденного аустенита. - М.: Металлургия, 1965, с.233-235.
4. Лахтин Ю.М. Металловедение и термическая обработка металлов. - М.: Металлургия, 1977, с.210-214.