СПОСОБ ТЕРМИЧЕСКОЙ ОБРАБОТКИ ИЗДЕЛИЙ ИЗ СПЛАВОВ НА ОСНОВЕ ЖЕЛЕЗА (ВАРИАНТЫ)

1. Способ термической обработки изделий из сплавов на основе железа с содержанием углерода до 4,3% по массе, включающий нагрев, обеспечивающий формирование аустенита и последующее охлаждение по режимам, обеспечивающим формирование заданного структурного состояния, отличающийся тем, что охлаждение осуществляют по режимам, обеспечивающим наличие областей аустенита с химическим составом близким к эвтектоидному, с последующим получением в них маринита, а заданное структурное состояние формируют с получением в нем перлита и/или рутита.
2. Способ по п.1, отличающийся тем, что охлаждение осуществляют по режимам, обеспечивающим формирование заданной доли областей аустенита с химическим составом, близким к эвтектоидному, с последующим получением в них заданной доли маринита.
3. Способ по п.2, отличающийся тем, что режимы, обеспечивающие формирование заданной доли областей аустенита с химическим составом, близким к эвтектоидному, с последующим получением в них заданной доли маринита, определяют расчетно или экспериментально.
4. Способ по п.1, отличающийся тем, что заданное структурное состояние формируют с получением в нем заданных долей перлита и/или рутита.
5. Способ по п.3, отличающийся тем, что при расчетном определении режимов, обеспечивающих получение маринита из областей аустенита с химическим составом близким к эвтектоидному, задают температурный интервал реализации маринита, удовлетворяющий условиям
,
ТЕХ
где  - температура локального ферромагнитного упорядочения в аустените вблизи атома углерода, определяемая методом квантово-механического расчета, Т - температура выбираемая с учетом технологических ограничений,
и выбирают скорость охлаждения, при которой зависимость температуры охлаждения от времени T(t) удовлетворяет условию T(t)<Θ(t), где зависимость Θ(t) определена линиями начала перлитного и бейнитного превращений на термокинетической диаграмме.
6. Способ по п.3, отличающийся тем, что при экспериментальном определении режимов, обеспечивающих получение маринита из областей аустенита с химическим составом близким к эвтектоидному, проводят закалку образцов от фиксированных температур при различном времени выдержки при них, а факт существования маринита устанавливают по наличию в закаленном образце рутита.
7. Способ по п.6, отличающийся тем, что наличие рутита устанавливают дифракционными методами.
8. Способ по п.4, отличающийся тем, что определение режима охлаждения от реализованного маринита, приводящего к образованию заданного количества перлита в заданном структурном состоянии, осуществляют, проводя закалку экспериментальных образцов и последующее определение их структурного состояния.
9. Способ по п.1 или 2, или 4, отличающийся тем, что определение режима охлаждения от реализованного маринита, приводящего к образованию заданного структурного состояния, осуществляют измерением температуры в выбранных точках объема модельного образца сплава простой формы при охлаждении со скоростями, приводящими к получению требуемого структурного состояния в образце из сплава, определением значений термокинетических констант, обеспечивающих при известных тепловых потоках на поверхности образца совпадение зависимостей температуры от времени полученной в ходе модельного эксперимента и в результате решения системы уравнений, включающей в себя уравнение теплопроводности
,
-1
3
2
3
i
i
где оператор  имеет размерность м, r - радиус-вектор точки, в которой производятся вычисления, ρ - плотность, измеряемая в кг/м, q - удельная энтальпия образования i-ой фазы, измеряемая в Дж/кг, f(r,t,T) - безразмерная массовая доля фазы i в окрестности точки r в момент времени t при температуре T,  - поток тепла, измеряемый в Дж/(м·с), H(r,t,T) - распределение энтальпии, измеряемой в Дж/м, по объему образца,
уравнение сохранения энергии
,
где  - удельная теплоемкость фазы i при постоянном давлении от температуры, измеряемая вДж/(кг·К) и кинетическое уравнение
,
ik
k
i
где М(Т,f(τ),(t-τ)) - функциональная зависимость определяющая скорость изменения со временем t массовой доли f фазы i, определяемая для каждого фазового превращения, и проведением с использованием указанных уравнений и найденных термокинетических констант расчета зависимости потока тепла от времени по поверхности изделия из сплава, обеспечивающей траекторию изменения температуры во времени, приводящую к формированию заданного структурного состояния.
10. Способ по п.4, отличающийся тем, что после реализации маринита, охлаждение осуществляют по режимам, приводящим к формированию задаваемых долей фаз феррита и карбидов железа в заданном структурном состоянии без образования закалочных структур или с образованием их в долях, не превышающих заданные.
11. Способ по п.4, отличающийся тем, что после формирования заданной доли перлита охлаждение изделий из сплава осуществляют со скоростями, достаточными для подавления диффузионных превращений.
12. Способ по п.1 или 10, или 11, отличающийся тем, что охлаждение осуществляют импульсно.
13. Способ по п.12, отличающийся тем, что охлаждение осуществляют импульсами, которые чередуют с паузами с длительностями выбранными достаточными для задаваемого снижения разности между максимальными и минимальными значениями температуры по сечению изделий из сплава.
14. Способ по п.12, отличающийся тем, что длительность каждого из импульсов охлаждения выбирают так, чтобы они не приводили к образованию закалочных структур в заданном структурном состоянии.
15. Способ по п.12, отличающийся тем, что охлаждение осуществляют импульсно, при этом один из импульсов охлаждения выбирают обеспечивающим максимальное снижение температуры поверхности изделий из сплава без образования закалочных структур в заданном структурном состоянии.
16. Способ по п.4, отличающийся тем, что после формирования в сплаве заданной доли аустенита, достаточной для получения в заданном структурном состоянии заданных долей перлита и/или рутита, снижение температуры, требуемое для реализации маринита, осуществляют импульсами охлаждения.
17. Способ по п.12, отличающийся тем, что после достижения долей фаз феррита и карбидов железа, обеспечивающих в дальнейшем получение заданного структурного состояния, импульсное охлаждение прекращают и переходят к монотонному охлаждению и/или изотермической выдержке.
18. Способ по п.1, отличающийся тем, что после нагрева изделий из сплава до температур, обеспечивающих формирование в сплаве заданной доли аустенита, изделия из сплава подвергают пластической деформации.
Кфер
Кфер
19. Способ по п.18, отличающийся тем, что пластическую деформацию изделий из сплава осуществляют или завершают при температурах t±50°С, где t - температура Кюри феррита, °С.
20. Способ по п.1, отличающийся тем, что в процессе реализации маринита, на изделия из сплава воздействуют постоянным или импульсным магнитным полем.
21. Способ по п.1, отличающийся тем, что для охлаждения используют воду или водосодержащие среды.
22. Способ термической обработки изделий из сплавов на основе железа с содержанием углерода до 4,3% по массе, включающий нагрев и последующее охлаждение по режимам, обеспечивающим формирование заданного структурного состояния, отличающийся тем, что нагрев осуществляют по режимам, обеспечивающим формирование маринита, а заданное структурное состояние формируют с получением в нем перлита и/или рутита.
23. Способ по п.22, отличающийся тем, что нагрев осуществляют по режимам, обеспечивающим формирование заданной доли маринита.
24. Способ по п.23, отличающийся тем, что режимы, обеспечивающие формирование заданной доли маринита, определяют расчетно или экспериментально.
25. Способ по п.22, отличающийся тем, что заданное структурное состояние формируют с получением в нем заданных долей перлита и/или рутита.
26. Способ по п.24, отличающийся тем, что при расчетном определении режимов, обеспечивающих реализацию маринита, задают диапазон температур нагрева, удовлетворяющий условиям
,
Х
где  - температура локального ферромагнитного упорядочения в аустените вблизи атома углерода, определяемая методом квантого-механического расчета, Т - эвтектоидная температура для сплава соответствующего химического состава,
C
и время выдержки t в секундах, необходимое для растворения заданной доли цементита f, определяемое из уравнения
,
C0
-n
где f - безразмерная доля цементита в начальный момент времени, 4>n>3 - степенной показатель, k - параметр, определяющий скорость растворения цементита в сплаве соответствующего химического состава при температуре Т в с.
27. Способ по п.24, отличающийся тем, что при экспериментальном определении режимов реализации в сплаве маринита проводят закалку образцов от фиксированных температур при различном времени выдержки при них, а факт существования маринита устанавливают по наличию в закаленном образце рутита.
28. Способ по п.27, отличающийся тем, что наличие рутита устанавливают дифракционными методами.
29. Способ по п.25, отличающийся тем, что определение режима охлаждения от реализованного маринита, приводящего к образованию заданного количества перлита в заданном структурном состоянии, осуществляют, проводя закалку экспериментальных образцов и последующее определение их структурного состояния.
30. Способ по п.22 или 23, или 25, отличающийся тем, что определение режима охлаждения от реализованного маринита, приводящего к образованию заданного структурного состояния, осуществляют измерением температуры в выбранных точках объема модельного образца сплава простой формы при охлаждении со скоростями, приводящими к получению требуемого структурного состояния в образце из сплава, определением значений термокинетических констант, обеспечивающих при известных тепловых потоках на поверхности образца совпадение зависимостей температуры от времени полученной в ходе модельного эксперимента и в результате решения системы уравнений, включающей в себя уравнение теплопроводности
,
-1
3
2
3
i
i
где оператор  имеет размерность м, r - радиус-вектор точки, в которой производятся вычисления, ρ - плотность, измеряемая в кг/м, q - удельная энтальпия образования i-ой фазы, измеряемая в Дж/кг, f(r,t,Т) - безразмерная массовая доля фазы i в окрестности точки r в момент времени t при температуре Т,  - поток тепла, измеряемый в Дж/(м·с), H(r,t,T) - распределение энтальпии, измеряемой в Дж/м, по объему образца,
уравнение сохранения энергии
,
где  - удельная теплоемкость фазы i при постоянном давлении от температуры, измеряемая в Дж/(кг·К) и кинетическое уравнение
,
ik
k
i
где М(T,f(τ),(t-τ)) - функциональная зависимость определяющая скорость изменения со временем t массовой доли f фазы i, определяемая для каждого фазового превращения, и проведением с использованием указанных уравнений и найденных термокинетических констант расчета зависимости потока тепла от времени по поверхности изделия из сплава, обеспечивающей траекторию изменения температуры во времени, приводящую к формированию заданного структурного состояния.
31. Способ по п.25, отличающийся тем, что после реализации маринита охлаждение осуществляют по режимам, приводящим к формированию задаваемых долей фаз феррита и карбидов железа в заданном структурном состоянии без образования закалочных структур или с образованием их в долях, не превышающих заданные.
32. Способ по п.25, отличающийся тем, что после формирования заданной доли перлита охлаждение изделий из сплава осуществляют со скоростями, достаточными для подавления диффузионных превращений.
33. Способ по п.22 или 31, или 32, отличающийся тем, что охлаждение осуществляют импульсно.
34. Способ по п.33, отличающийся тем, что охлаждение осуществляют импульсами, которые чередуют с паузами с длительностями выбранными достаточными для задаваемого снижения разности между максимальными и минимальными значениями температуры по сечению изделий из сплава.
35. Способ по п.33, отличающийся тем, что длительность каждого из импульсов охлаждения выбирают так, чтобы они не приводили к образованию закалочных структур в заданном структурном состоянии.
36. Способ по п.33, отличающийся тем, что охлаждение осуществляют импульсно, при этом один из импульсов охлаждения выбирают обеспечивающим максимальное снижение температуры поверхности изделия из сплава без образования закалочных структур в заданном структурном состоянии.
37. Способ по п.33, отличающийся тем, что после достижения долей фаз феррита и карбидов железа, обеспечивающих в дальнейшем получение заданного структурного состояния, импульсное охлаждение прекращают и переходят к монотонному охлаждению и/или изотермической выдержке.
38. Способ по п.22, отличающийся тем, что изделия из сплава при нагреве до или в процессе реализации маринита подвергают пластической деформации.
39. Способ по п.22, отличающийся тем, что изделия из сплава после реализации маринита подвергают пластической деформации.
Кфер
Кфер
40. Способ по п.38 или 39, отличающийся тем, что пластическую деформацию изделий из сплава осуществляют или завершают при температурах t±50°С, где t - температура Кюри феррита, °С.
41. Способ по п.22, отличающийся тем, что для охлаждения используют воду или водосодержащие среды.