Содержание к диссертации
ВВЕДЕНИЕ 5
СОСТОЯНИЕ ВОПРОСА й ЗАДАЧИ ИССЛЕДОВАНИЯ 10
Требования к сталям для холодного выдавливания и режимы смягчающей термической обработки холоднодефор-мированных заготовок ..... Ю
Процессы, происходящие в холоднодеформированных сталях при нагреве 12
Упрочняющая термическая обработка холоднодеформи-рованных изделий 16
2Л. Влияние величины зерна и тонкой структуры аустенита
на свойства стали 19
Современные представления о закономерностях формирования и роста аустенитного зерна при нагреве . . 22
Влияние холодной пластической деформации на величину аустенитного зерна в стали 26
Постановка задачи исследования 29
3. МЕТОДИКА ЭКСПЕРИМЕНТА 32
Материал и технология подготовки образцов 32
Обоснование условий проведения лабораторных исследований 36
Изучение структуры стали 39
Оценка механических свойств сплава . . 43
4. ИССЛЕДОВАНИЕ ПРОЦЕССОВ, ПРОТЕКАЮЩИХ В ХОЛОДНОДШР-
МИРОВАННОЙ СТАЛИ В СУБКРИТИЧЕСКОЙ ОБЛАСТИ
ТЕМПЕРАТУР 46
4.1. Влияние холодной пластической деформации на
структуру и свойства стали 46
4.2. Разупрочнение холоднодеформированного металла
при нагреве 49
Процессы, развивающиеся при нагреве в стали, деформированной со степенями менее 20$ 59
Влияние величины исходного зерна, степени деформации и скорости нагрева на размер рекристаллизо-ванного зерна 67
Особенности субструктурных изменений и механизм роста зерен при нагреве стали, деформированной
на 20$ 71
4.6. Связь процессов полигонизаций и рекристаллизации
при разных условиях нагрева 77
4.7. Сфероидизация карбидов 79
4.8. Выводы 83
5. ЗАК0Н0МШ0СТИ ОБРАЗОВАНИЯ j/ -ФАЗЫ И РОСТА
АУСТЕНИТНОГО ЗЕРНА В ДЕФОРМИРОВАННЫХ СТАЛЯХ 86
Влияние деформации и условий нагрева на температуру критических точек и количество аустенита, образующееся в межкритическом интервале 86
Кинетические параметры и морфология аустенитообра-зования в деформированных сталях 93
Факторы, определяющие величину начального зерна
И - фазы 99
Кинетика роста зерна аустенита при нагреве 104
Разнозернистость аустенитной структуры в холодно-деформированных изделиях ..... *12
Зависимость свойств закаленной стали от степени предварительной холодной пластической деформации . 121
5.7. Выводы 134
6. ВЛИЯНИЕ СКОРОСТИ НАГРЕВА НА СТРУКТУРУ ПРОДУКТОВ
РАСПАДА АУСТЕНИТА И РАЗРАБОТКА РЕЖИМА СМЯГЧАЮЩЕЙ
ТЕРМИЧЕСКОЙ ОБРАБОТКИ НЕОДНОРОДНО-ДЕФОРМИРОВАННЫХ
ЗАГОТОВОК 137
Влияние скорости нагрева на продукты распада аустенита 137
Разработка режимов смягчающей термической обработки неоднородно-деформированных заготовок 142
6.2.1. Влияние отжига при температурах субкритического
интервала на структуру и свойства холоднодефор-
глир о ванных изделий 142
Исследование возможности повышения температуры смягчающего отжига . 146
Применение математического планирования эксперимента для оптимизации температурного режима смягчающего отжига неоднородно-деформированных заготовок 152
Результаты промышленного внедрения разработанного режима меаоперационного отжига . . , 161
6.3. Выводы 164
7. ОБЩЕ ВЫВОДЫ . 166
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ 170
ПРИЛОЖЕНИЯ 184
Введение к работе
В " Основных направлениях экономического и социального развития СССР на I98I-I985 годы и на период до 1990 года" указывается, что задача повышения производительности труда в машиностроении на 31-35% и снижения расхода проката черных металлов на 18-20% может быть решена путем широкого внедрения малоотходных и высокопроизводительных процессов формообразования деталей. Такими процессами являются различные методы холодной объемной штамповки, в частности, холодное выдавливание, которое находит все более широкое применение на заводах машиностроительной промышленности.
Применение холодного выдавливания позволяет получать точные заготовки с достаточно высокой чистотой поверхности и с минимальными припусками на механическую обработку. Замена обработки резанием холодной объемной штамповкой повышает коэффициент использования металлов в 2...3 раза и снижает трудоемкость изготовления деталей.
Технологический процесс получения изделий методом холодного выдавливания предусматривает формоизменение в несколько этапов (переходов). Если при этом деформация охватывает весь объем заготовки, то металл существенно упрочняется, резко возрастает сопротивление стали последующему деформированию и снижается стойкость инструмента. Поэтому между отдельными переходами проводится меноперационная термическая обработка, целью которой является максимально возможное снижение твердости наклепанной стали и получение однородной структуры зернистого перлита, наиболее благоприятной для последующего холодного выдавливания.
В тех случаях, когда осуществляется поэлементное формоиз-
менение разных объемов заготовки, необходимость в межоперационном смягчающем нагреве отпадает и холоднодеформированные изделия подвергаются непосредственно окончательной упрочняющей термической обработке ( цементации, нитроцементации, закалке) с целью получения высокого комплекса свойств в готовой продукции.
Таким образом, термическая обработка является неотъемлемой частью технологического цикла изготовления деталей методом холодного выдавливания. Однако до настоящего времени режимы омягчающего и упрочняющего нагревов назначаются без учета исходного напряженно-деформированного состояния заготовок, получаемых холодной объемной штамповкой, которое характеризуется существенной неоднородностью. В зависимости от соотношения размеров заготовки, средней степени обжатия и условий трения на контактных поверхностях в сечении изделия одновременно могут наблюдаться объемы, деформированные со степенями 1...5% и 60...80%. Степень деформации определяет механизм и интенсивность процессов разупрочнения стали при нагреве, вследствие чего наличие в заготовках объемов, деформированных с разными степенями, приводит к неоднородности структуры и свойств в сечении. Это затрудняет назначение режимов термической обработки. Так, чем менее деформирован металл, тем труднее разупрочнить его при межоперационной термической обработке нагревом до температур субкритического интервала, которые рекомендуются при рекристаллизационном отжиге. С целью дополнительного снижения твердости на заводах неоднородно-деформированные заготовки подвергают полному отжигу, что приводит к формированию нежелательной структуры пластинчатого перлита, усиливает окисление и обезуглероживание поверхности, существенно увеличивает время нагрева и охлаждения садки. В результате участок термической
обработки является узким местом и одерживает развитие производства деталей методом холодного выдавливания.
Кроме того проведение смягчающей и упрочняющей термических обработок неоднородно-деформированных заготовок при температурах надкритического интервала приводит к получению разно-зерниотой аустенитной структури, появление которой, как принято считать, обусловлено именно исходной неоднородностью деформации. Размер зерна аустенита - одна из важнейших характеристик стали, определяющая многие ее свойства и наличие резнозернистос-ти резко снижает качество продукции.
Пути устранения или уменьшения разнозернистости в неоднородно-деформированных изделиях могут быть найдены в том случае, еоли будут известны закономерности формирования и роста аусте-нитного зерна в сталях, деформированных с разными степенями и зависимость этих процессов от разных факторов: размера исходного зерна, скорости, температуры нагрева, времени изотермической выдержки и т.д. Литературные данные по этому вопросу разрознены и противоречивы. Систематические исследования не проводились. Общепринятое мнение об измельчении аустенитной структуры в предварительно деформированных сталях опровергается результатами отдельных экспериментов.
Установление взаимосвязи степени деформации стали в оС-состоянии и размера зерна /"-фазы представляет не только практический, но и научный интерес, так как многие авторы именно измельчением аустенитного зерна объясняют эффект упрочнения предварительно деформированных сталей после закалки, отрицая возможность наследования дефектов кристаллического строения в сплаве, претерпевшем рекристаллизацию.
Целью настоящей работы явилась научно-обоснованная разра-
ботка режимов смягчающей и упрочняющей термических обработок, обеспечивающих получение наиболее однородной структуры и свойств в сечении неоднородно-деформированных заготовок, изготавливаемых методом холодного выдавливания. Это потребовало исследования влияния степени деформации и условий нагрева на процессы разупрочнения, особенности фазового перехода, закономерности формирования и роста аустенитного зерна в деформированных сталях при разных условиях нагрева.
Работа выполнена в соответствии с целевой комплексной программой, утвержденной постановлением Госкомитета по науке и технике и Госплана СССР IH72/24-8 от 12.12.1980 года.по решению проблемы 0.16.02; этап 01.01.4.Ш, которой предполагает " Исследование и разработку метода повышения штампуемости заготовок и прочности изделий из малоуглеродистых низколегирован-ных сталей.
Научная новизна работы состоит в следующем:
Предложена диаграмма, характеризующая развитие различных процессов повышения структурного совершенства холоднодефор-мированной стали ( понигонизации, рекристаллизации) в зависимости от степени деформации и условий нагрева.
Обнаружен эффект влияния скорости нагрева на характер продуктов распада аустенита, формирующегося в области температур нагрева, близких t.ACj.
Установлена связь между размером начального зерна аустенита и величиной ферритного зерна, сформировавшегося к моменту начала фазовой перекристаллизации в деформированной стали при разных условиях нагрева.
Определен интервал степеней деформаций, позволяющий получать наиболее однородную структуру зернистого перлита при
смягчающей термической обработке и наиболее однородное аустенит-ное зерно и свойства в процессе упрочняющей термической обработки.
Практическая ценность работы;
Установлено, что в низкоуглеродистых сталях с феррито-перлитной структурой при определенных условиях нагрева существует "интервал отжигаемости" на зернистый перлит.
Разработан режим смягчающей термической обработки холодно деформированных заготовок, связанный с нагревом до темпера-тур"интервала отжигаемости'! Предлагаемый режим
внедрен на Харьковском велосипедном заводе им.Г.И. Петровского. Экономический эффект от внедрения составил более 30 тыс, рублей в год.
3. Разработаны научно-обоснованные рекомендации по выбору
режимов упрочняющей термической обработки, позволяющие получить
наиболее однородное аустенитное зерно и свойства в заготовках,
изготавливаемых методом холодного выдавливания.
На защиту выносятся:
Результаты исследования влияния степени холодной пластической деформации и скорости нагрева на механизм и кинетику процессов разупрочнения стали в субкритической области температур.
Особенности сзС---f превращения в деформированной стали при разных условиях нагрева.
Закономерности формирования и роста аустенитного зерна в деформированных сталях.
Режимы термической обработки, позволяющие получать наиболее однородную структуру и свойства в неоднороднодеформи-рованных заготовках, изготавливаемых холодной объемной штамповкой.
2.СОСТОЯНИЕ ВОПРОСА И ЗАДАЧИ ИССЛЕДОВАНИЯ
