RU2606665C1

RU2606665C1 - Method of cast steel parts controlled thermal treatment

Info

Publication number: RU2606665C1
Application number: RU2015126908A
Authority: RU
Inventors: Евгений Олегович Чертовских; Геннадий Андреевич Околович; Александр Валерьевич Габец
Original assignee: Общество с ограниченной ответственностью "Алтайский сталелитейный завод"
Priority date: 2015-07-06
Filing date: 2015-07-06
Publication date: 2017-01-10

Abstract

FIELD: metallurgy.

SUBSTANCE: invention relates to metallurgy and machine building. To increase cold resistance (impact strength) of railway cars steel cast parts following is successively performed: part heating to 860÷940 °C with holding, accelerated cooling at rate of 1÷25 °C/s to 400÷450 °C in air flow and isothermal self-tempering at room temperature. Weight of part from 20GL or 20G1FL steel is chosen so, that at its isothermal self-tempering at room temperature, part surface temperature reaches not less than 550 °C and not more than 650°C, wherein part heating is performed at rate of 5÷30 °C/min.

EFFECT: higher cold resistance (impact strength) of railway cars steel cast parts.

4 cl, 7 dwg, 2 tbl

Description

Изобретение относится к металлургии и машиностроению и может быть использовано при термической обработке массивных стальных литых деталей, в том числе деталей железнодорожного транспорта.The invention relates to metallurgy and mechanical engineering and can be used in the heat treatment of massive steel cast parts, including parts of railway transport.

Железнодорожный транспорт имеет тенденцию к увеличению скоростей и общей нагрузки, что требует повышения эксплуатационной стойкости стальных литых деталей подвижного состава. Актуальной задачей является повышение эксплуатационной стойкости таких деталей путем обеспечения более высоких свойств стали и особенно ее ударной вязкости.Rail transport has a tendency to increase speeds and overall load, which requires an increase in the service life of steel cast parts of rolling stock. An urgent task is to increase the operational stability of such parts by ensuring higher properties of steel and especially its toughness.

Известно, что широко применяются для производства узлов и деталей тележек грузовых вагонов стали 20 ГЛ и 20 Г1ФЛ (марки стали соответствуют ГОСТ 977-88 Отливки стальные. Общие технические условия).It is known that they are widely used for the production of components and parts of bogies for freight cars of steel 20 GL and 20 G1FL (steel grades correspond to GOST 977-88 Steel castings. General technical conditions).

ГОСТ 32400-2013 («Рама боковая и балка надрессорная литые тележек железнодорожных грузовых вагонов. Технические условия») рекомендует названные стали для изготовления рам и балок.GOST 32400-2013 (“Side frame and nadressorny cast beam for railway freight carriages. Technical conditions”) recommends these steels for the manufacture of frames and beams.

Названные стали характеризуются следующими свойствами (Таблица 1):The named steels are characterized by the following properties (Table 1):

Для достижения необходимых механических свойств изделий (отливок) из сталей, в том числе названных сталей, рекомендуется проведение термообработки, включающей нормализацию или нормализацию с отжигом 1 рода. ГОСТ 977-88 для стали 20ГЛ рекомендует два режима термообработки: а) нормализацию (880÷900°C) и отпуск (600÷650°C) или б) закалку (870÷890°C) и отпуск (600÷650°C). Для стали 20Г1ФЛ рекомендуется нормализация (930÷970°C) и отпуск (600÷650°C).To achieve the necessary mechanical properties of products (castings) from steels, including the named steels, it is recommended that heat treatment be carried out, including normalization or normalization with annealing of the first kind. GOST 977-88 for steel 20GL recommends two heat treatment modes: a) normalization (880 ÷ 900 ° C) and tempering (600 ÷ 650 ° C) or b) hardening (870 ÷ 890 ° C) and tempering (600 ÷ 650 ° C ) For steel 20G1FL, normalization (930 ÷ 970 ° C) and tempering (600 ÷ 650 ° C) are recommended.

Для целей настоящей заявки под термином «нормализация» понимается именно нагревание изделия (отливки), а не нагревание вместе с последующим отпуском (охлаждением). Таким образом, термин «нормализация» употребляется в том же значении, что и в ГОСТ 977-88.For the purposes of this application, the term “normalization” refers to heating of the product (casting), rather than heating along with subsequent tempering (cooling). Thus, the term “normalization” is used in the same meaning as in GOST 977-88.

Общеизвестно, что закаливание (закалка) сталей с самоотпуском представляет собой технологию, когда нагретые изделия помещают в охлаждающую среду, выдерживают в ней до неполного охлаждения и извлекают из охлаждающей среды, после чего поверхностные слои изделия повторно нагреваются за счет внутренней теплоты до требуемой температуры (осуществляется самоотпуск).It is well known that hardening (hardening) of steels with self-tempering is a technology in which heated products are placed in a cooling medium, kept in it until incomplete cooling and removed from the cooling medium, after which the surface layers of the product are reheated due to internal heat to the required temperature (carried out self-release).

Известен способ термической обработки литой стали, заключающийся в нагреве отливок на 50÷70°C выше точки Ас₃, выдержке при этой температуре и последующем охлаждении на воздухе (Материаловедение: учебник для ВУЗов / Б.Н. Арзамасов, В.И. Макарова и др. М.: Изд-во МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2003, с. 178). Недостатком данного способа термической обработки для массивных изделий является низкая скорость охлаждения, следовательно, наблюдается снижение твердости и ударной вязкости KCV^-60, что приводит к преждевременным усталостным разрушениям.A known method of heat treatment of cast steel, which consists in heating castings at 50 ÷ 70 ° C above the Ac ₃ point, holding at this temperature and subsequent cooling in air (Materials science: a textbook for universities / B.N. Arzamasov, V.I. Makarova and Dr. M .: Publishing House of MSTU named after N.E.Bauman, 2003, p. 178). The disadvantage of this heat treatment method for bulk products is the low cooling rate, therefore, there is a decrease in hardness and toughness KCV ^-60 , which leads to premature fatigue fractures.

Наиболее близким к предлагаемому изобретению по технической сущности является способ термической обработки доэвтектоидной стали, включающий термоциклирование с нагревом и охлаждением и отпуск, отличающийся тем, что термической обработке подвергают низколегированную сталь (мас. %: 0,15÷0,25 углерода и 1,2÷1,5 марганца). Термоциклирование осуществляют с нагревом до температуры аустенизации 930°C и с ускоренным охлаждением со скоростью 0,2÷0,8°C/сек, причем в первом цикле нагрев стали проводят вместе с печью и ускоренно охлаждают. В промежуточных циклах нагрев ведут ускоренно со скоростью 50÷70°C/мин в печи, нагретой до 930°C, с выдержкой до 10 мин, исключающей полную гомогенизацию аустенита, и ускоренно охлаждают до температуры поверхности 400°C. В последнем цикле охлаждают до комнатной температуры, при этом количество циклов составляет до 5, а отпуск проводят при 400°C в течение 2 часов (патент RU 2481406).Closest to the proposed invention in technical essence is a method of heat treatment of hypereutectoid steel, including thermal cycling with heating and cooling and tempering, characterized in that the heat treatment is subjected to low alloy steel (wt.%: 0.15 ÷ 0.25 carbon and 1.2 ÷ 1.5 manganese). Thermocycling is carried out with heating to an austenitization temperature of 930 ° C and with accelerated cooling at a rate of 0.2 ÷ 0.8 ° C / s, and in the first cycle, the steel is heated together with the furnace and rapidly cooled. In intermediate cycles, heating is carried out accelerated at a rate of 50 ÷ 70 ° C / min in a furnace heated to 930 ° C, with a holding time of 10 minutes, which excludes complete homogenization of austenite, and is rapidly cooled to a surface temperature of 400 ° C. In the last cycle, it is cooled to room temperature, while the number of cycles is up to 5, and tempering is carried out at 400 ° C for 2 hours (patent RU 2481406).

Недостатком указанного способа является его длительность, сложность, энергозатратность, поскольку он требует как минимум три цикла термообработки (первый, промежуточный, последний): 1) нагрев стали вместе с печью и ускоренное охлаждение до 400°C; 2) ускоренный нагрев в печи и ускоренное охлаждение до 400°C; 3) ускоренный нагрев в печи и охлаждение до комнатной температуры (из формулы патента при этом неясно, является ли охлаждение в последнем цикле полностью ускоренным или делится на ускоренное до 400°C с последующим неускоренным). Характер способа охлаждения в патенте RU 2481406 не указан.The disadvantage of this method is its duration, complexity, energy consumption, since it requires at least three heat treatment cycles (first, intermediate, last): 1) heating the steel together with the furnace and accelerated cooling to 400 ° C; 2) accelerated heating in the furnace and accelerated cooling to 400 ° C; 3) accelerated heating in the furnace and cooling to room temperature (it is not clear from the patent formula whether the cooling in the last cycle is fully accelerated or divided by accelerated to 400 ° C followed by unaccelerated). The nature of the cooling method is not specified in patent RU 2481406.

Также необходимо отметить, что предусматриваемый патентом RU 2481406 в промежуточных циклах нагрев образцов в прогретой до 930°C печи со скоростью 50÷70°C/мин делает этот способ практически неприменимым для термообработки крупных литых деталей массой до 600 кг из-за невозможности быстро достигать высоких скоростей нагрева существующими технологиями. Кроме того, предложенное в патенте «ускоренное» охлаждение 0,2÷0,8°C/сек практически совпадает с охлаждением деталей на спокойном воздухе (см. Попова Л.Е., Попов А.А. Диаграммы превращения аустенита в сталях и бета-раствора в сплавах титана. Справочник, 1991 г., Металлургия, 503 с.).It should also be noted that the heating of samples provided for in RU 2481406 in intermediate cycles in a furnace heated to 930 ° C at a rate of 50 ÷ 70 ° C / min makes this method practically inapplicable for heat treatment of large cast parts weighing up to 600 kg due to the inability to quickly reach high heating rates with existing technologies. In addition, the “accelerated” cooling proposed in the patent, 0.2 ÷ 0.8 ° C / s, practically coincides with the cooling of parts in calm air (see Popova L.E., Popov A.A. Austenite Conversion Charts in Steels and Beta solution in titanium alloys. Handbook, 1991, Metallurgy, 503 pp.).

Задачей заявляемого изобретения является разработка эффективного экономичного способа термической обработки крупных литых деталей железнодорожных вагонов.The task of the invention is the development of an efficient, economical method of heat treatment of large cast parts of railway cars.

Данная задача достигается за счет того, что использован способ термической обработки литых изделий и деталей, включающий нормализацию с нагревом при 860-940°C (полнота нагрева достигается также некоторой выдержкой) и изотермический отпуск, отличающийся тем, что сначала выполняют ускоренное охлаждение со скоростью 1÷25°C/сек (от 1 до 25 градусов Цельсия в секунду) до 400÷450°C в воздушном потоке, с последующим изотермическим самоотпуском (отжигом) с использованием остаточного тепла обрабатываемой детали, аккумулированного в изделии при нагреве для нормализации (и выдержке).This problem is achieved due to the fact that the method of heat treatment of molded products and parts is used, including normalization with heating at 860-940 ° C (the completeness of heating is also achieved by a certain exposure) and isothermal tempering, characterized in that accelerated cooling is first performed at a speed of 1 ÷ 25 ° C / s (from 1 to 25 degrees Celsius per second) up to 400 ÷ 450 ° C in the air stream, followed by isothermal self-tempering (annealing) using the residual heat of the workpiece accumulated in the product when heated for normalization (and exposure).

Желательно, чтобы самоотпуск проходил в интервале температур 550÷650°C. При этом может учитываться масса детали таким образом, чтобы при изотермическом ее самоотпуске температура поверхности детали достигала не менее 550 и не более 650°C.It is desirable that self-tempering takes place in the temperature range 550 ÷ 650 ° C. In this case, the mass of the part can be taken into account in such a way that with its isothermal self-tempering, the surface temperature of the part reaches at least 550 and not more than 650 ° C.

Оптимальным является применение указанного способа для таких изделий, как детали железнодорожных вагонов из низкоуглеродистых сталей 20ГЛ, 20Г1ФЛ.It is optimal to use this method for products such as railway carriage parts made of low-carbon steels 20GL, 20G1FL.

Оптимальным также является такое применение способа, при котором нагрев (до начала выдержки) осуществляется со скоростью 5÷30°C/мин.Optimal is also the application of the method in which heating (before exposure) starts at a rate of 5–30 ° C / min.

Техническим результатом, обеспечиваемым приведенной совокупностью признаков предлагаемого способа, является повышение хладостойкости стальных изделий при низких температурах, достижение параметра их ударной вязкости KCV^-60 не менее 300 кДж/м², а также повышение основных прочностных показателей таких изделий.The technical result provided by the given set of features of the proposed method is to increase the cold resistance of steel products at low temperatures, reaching a parameter of impact strength KCV ^{-60 of} at least 300 kJ / m ² , as well as increasing the basic strength characteristics of such products.

Из данных следующей таблицы механических свойств литых изделий из сталей 20ГЛ, 20Г1ФЛ можно сделать вывод, что заявляемое изобретение обеспечивает достижение улучшенных прочностных показателей сталями 20ГЛ и 20Г1ФЛ (Таблица 2):From the data of the following table of the mechanical properties of cast products from steel 20GL, 20G1FL, we can conclude that the claimed invention provides improved strength indicators for steels 20GL and 20G1FL (Table 2):

Исследование влияния скорости охлаждения на кинетику фазовых превращений в области феррито-перлитных превращений в соответствии с матрицей планирования полного факторного эксперимента показало, что образцы при различных температурах нагрева 860 и 940°C имеют общую закономерность изменения скорости охлаждения. В результате установлено увеличение скорости охлаждения образцов от 4 до 6°C/сек при выдержке в печи 30 мин и от 3,5 до 7°C/сек при выдержке в печи 60 мин при расчете скоростей охлаждения до 350°C, что наглядно поясняется таблицей (Таблица 3):The study of the effect of the cooling rate on the kinetics of phase transformations in the region of ferrite-pearlite transformations in accordance with the planning matrix of the full factor experiment showed that the samples at different heating temperatures of 860 and 940 ° C have a common pattern of change in the cooling rate. As a result, an increase in the cooling rate of samples from 4 to 6 ° C / s when holding in an oven for 30 minutes and from 3.5 to 7 ° C / s when holding in a furnace for 60 minutes when calculating cooling rates up to 350 ° C, which is clearly illustrated table (table 3):

Чем больше длительность выдержки металла и чем выше температура обработки, тем медленнее происходит охлаждение до заданной температуры при одинаковых скоростях потока воздуха. Однако кривые охлаждения подобны для одинакового времени выдержки. При этом наблюдается только сдвиг кривых с увеличением времени выдержки к большей длительности охлаждения. Скорость охлаждения образцов, охлажденных до 350°C, увеличивается в 1,5 раза при уменьшении времени садки в печи (выдержки) с 60 мин до 30 мин (см. Фиг. 3).The longer the metal holding time and the higher the processing temperature, the slower the cooling to a given temperature at the same air flow rates. However, the cooling curves are similar for the same holding time. In this case, only a shift of the curves is observed with an increase in the exposure time to a longer cooling time. The cooling rate of samples cooled to 350 ° C increases by 1.5 times with a decrease in the furnace charge time (exposure) from 60 minutes to 30 minutes (see Fig. 3).

Образец размером 10×10×55 мм, нормализованный при 940°C, при скорости охлаждения 6°C/сек (Таблица 3, на Фиг. 2, Режим №2) имеет структурные участки верхнего бейнита, снижающего ударную вязкость до 125 кДж/м². Отметим, что при снижении температуры нормализации до 860°C высокая скорость охлаждения 7°C/сек приводит к уменьшению доли фрагментов верхнего бейнита, повышая ударную вязкость до 236 кДж/м² (Таблица 3, Фиг. 2, Режим 4). Можно полагать, что одной из причин этого вероятно является более мелкозернистая структура исходного аустенита, которая затрудняет промежуточное превращение, способствуя образованию перлита (см. Тушинский Л.И., Батаев А.А., Тихомирова Л.Б. Структура перлита и конструктивная прочность стали. Новосибирск: Наука, 1993. - 280 с.).A sample 10 × 10 × 55 mm in size, normalized at 940 ° C, at a cooling rate of 6 ° C / sec (Table 3, Fig. 2, Mode No. 2) has structural sections of upper bainite, which reduces the impact strength to 125 kJ / m ² . Note that when the temperature normalization to 860 ° C High-speed cooling 7 ° C / sec leads to a decrease in the fraction of upper bainite fragments, increasing the toughness of up to 236 kJ / m ² (Table 3, FIG. 2, Mode 4). It can be assumed that one of the reasons for this is probably the finer-grained structure of initial austenite, which complicates the intermediate transformation, contributing to the formation of perlite (see Tushinsky L.I., Bataev A.A., Tikhomirova L.B. Structure of perlite and structural strength of steel Novosibirsk: Nauka, 1993 .-- 280 p.).

Таким образом, высокие температуры нормализации при длительной выдержке отрицательно влияют на ударную вязкость. При снижении температуры нормализации до 860°C (Таблица 3 и Фиг. 2, Режим №8) необходимо увеличение времени выдержки до 60 мин и применение охлаждения со скоростью 3,5°C/сек. Во время превращения области перлита разделяются зернами феррита, потому что феррит выделяется не только по границам зерен, но и внутри этих зерен, что способствует повышению пластичности и ударной вязкости (KCV^-60). Количество феррита уменьшается в обоих случаях, а количество перлита увеличивается, поэтому и содержание углерода в перлите должно уменьшаться (см. Фиг. 5). Сетка феррита становится тоньше, одновременно становятся тоньше и короче пластины цементита в перлите, и расстояние между пластинами уменьшается (см. Фиг. 6). Структура перлита настолько измельчается, что отдельные пластины нельзя разрешить с помощью оптического микроскопа.Thus, high normalization temperatures during prolonged exposure adversely affect toughness. When lowering the normalization temperature to 860 ° C (Table 3 and Fig. 2, Mode No. 8), it is necessary to increase the holding time to 60 min and apply cooling at a rate of 3.5 ° C / s. During the transformation, the perlite regions are separated by ferrite grains, because ferrite is released not only along the grain boundaries, but also inside these grains, which contributes to an increase in ductility and toughness (KCV ^-60 ). The amount of ferrite decreases in both cases, and the amount of perlite increases, therefore, the carbon content in perlite should decrease (see Fig. 5). The ferrite network becomes thinner, at the same time it becomes thinner and shorter than the cementite plate in perlite, and the distance between the plates decreases (see Fig. 6). The perlite structure is so crushed that individual plates cannot be resolved using an optical microscope.

При электронно-микроскопическом исследовании стали было установлено, что в мелкозернистом аустените наблюдается существенное снижение температурного интервала перлитного превращения и заметно подавляется образование структур промежуточного превращения. Выявленное различие микроструктур обусловлено тем, что у мелкозернистой стали с большой протяженностью границ зерен аустенита облегчено диффузионное перераспределение углерода (Гетманова М.Е., Мухатдинов Н.Х., Тюфтяев А.С., Филлипов Г.А. Перспективные направления и актуальные вопросы производства металла для железнодорожного транспорта // Физика металлов и металловедение. 2009, т. 108, №6. с. 1-11). Как известно, скорость диффузии атомов углерода по границам больше, чем в теле зерна, и следовательно, облегчено диффузионное превращение перлита. Тем самым обеспечивается повышение износостойкости и ударной вязкости за счет формирования дополнительной зернистой фазы нижнего бейнита, в том числе мелкозернистой феррито-перлитной структуры с величиной зерна по номеру не менее 9 вместо 8 (по ГОСТ 32400-2013 «Рама боковая и балка надрессорная литые тележек железнодорожных грузовых вагонов. Технические условия»).An electron microscopic study of steel showed that in fine-grained austenite, a significant decrease in the temperature range of pearlite transformation is observed and the formation of structures of the intermediate transformation is markedly suppressed. The revealed difference in microstructures is due to the fact that in fine-grained steel with a large length of austenite grain boundaries the diffusion redistribution of carbon is facilitated (Getmanova M.E., Mukhatdinov N.Kh., Tyuftyaev A.S., Filipov G.A. Perspective directions and current issues of production metal for railway transport // Physics of metals and metal science. 2009, v. 108, No. 6, p. 1-11). As is known, the diffusion rate of carbon atoms along the boundaries is greater than in the grain body, and therefore, the diffusion transformation of perlite is facilitated. This ensures an increase in wear resistance and toughness due to the formation of an additional granular phase of lower bainite, including a fine-grained ferrite-pearlite structure with a grain size of at least 9 instead of 8 (according to GOST 32400-2013 “Side frame and spring-loaded cast rail carriage freight wagons. Technical conditions ").

Снижение температуры нормализации от 960°C до 860°C, а также ускоренное охлаждение в воздушном потоке до 400÷450°C ведет к измельчению зерна аустенита, равномерному перераспределению феррито-перлитных составляющих, так как с повышением переохлаждения увеличивается число зародышей аустенитных зерен (Металлография железа, т. 2, под ред. Ф.Н. Тавадзе. - М.: Металлургия, 1972, - с. 11)A decrease in the normalization temperature from 960 ° C to 860 ° C, as well as accelerated cooling in the air stream to 400 ÷ 450 ° C, leads to grinding of austenite grain, uniform redistribution of ferrite-pearlite components, since the number of austenitic grain nuclei increases with increasing supercooling (Metallography iron, vol. 2, under the editorship of F.N. Tavadze. - M .: Metallurgy, 1972, - p. 11)

Таким образом, технология ускоренного охлаждения до 400÷450°C с обдувом нагретого образца холодным воздухом приводит к формированию нижнего бейнита. Последующее пассивное охлаждение на воздухе обеспечивает изотермический отпуск (отжиг) в интервале температур 550÷650°C за счет теплоты, аккумулированной в массивном изделии (600 кг) при нагреве для нормализации, обеспечивает дисперсное распределение феррита, перлита, нижнего бейнита, рекристаллизацию и снятие внутренних напряжений в отливке с достижением показателей высокой ударной вязкости 350÷400 кДж/м² вместо 170÷200 кДж/м² (Таблица 3).Thus, the technology of accelerated cooling to 400 ÷ 450 ° C with blowing of the heated sample with cold air leads to the formation of lower bainite. Subsequent passive cooling in air provides isothermal tempering (annealing) in the temperature range 550 ÷ 650 ° C due to the heat accumulated in the massive product (600 kg) during heating for normalization, provides dispersed distribution of ferrite, perlite, lower bainite, recrystallization and removal of internal stresses in the casting with the achievement of high impact strength indices of 350 ÷ 400 kJ / m ² instead of 170 ÷ 200 kJ / m ² (Table 3).

Термообрабатываемые детали крупного литья массой до 600 кг имеют необходимый запас накопленной энергии, способствующей протеканию изотермического превращения при охлаждении и получению более высоких показателей ударной вязкости при отрицательных температурах (не менее 300 кДж/м²), по сравнению с нормализацией и отжигом 1-го рода (не менее 170 кДж/м²). При этом экономический эффект достигается за счет исключения дополнительного отжига 1-го рода. (Адаскин A.M. Материаловедение в машиностроении: учебник для баколавров / A.M. Адаскин, Ю.Е., Седов, А.К. Онегина, В.Н. Климов. - М.: Издательство Юрайт, 2013. - 535 с.).Heat-treating large-casting parts weighing up to 600 kg have the necessary supply of stored energy, which contributes to the isothermal transformation during cooling and to obtain higher impact toughness at low temperatures (at least 300 kJ / m ² ), compared with normalization and annealing of the first kind (not less than 170 kJ / m ² ). Moreover, the economic effect is achieved by eliminating additional annealing of the first kind. (Adaskin AM Material science in mechanical engineering: a textbook for bachelors / AM Adaskin, Yu.E., Sedov, A.K. Onegin, V.N. Klimov. - M.: Yurayt Publishing House, 2013. - 535 p.).

Изобретение поясняется изображениями, на которых показано:The invention is illustrated by images, which show:

Фиг. 1 - Диаграмма предлагаемого режима термообработки.FIG. 1 - Diagram of the proposed heat treatment mode.

Фиг. 2 - Диаграмма изотермического распада переохлажденного аустенита стали 20Г1ФЛ.FIG. 2 - Diagram of isothermal decomposition of supercooled austenite of steel 20G1FL.

Фиг. 3 - Кинетические кривые охлаждения стали 20Г1ФЛ до температуры 350°C.FIG. 3 - Kinetic curves of cooling of 20G1FL steel to a temperature of 350 ° C.

Фиг. 4 - Гистограмма зависимости ударной вязкости от температуры нагрева, времени выдержки, скорости потока воздуха.FIG. 4 - A histogram of the impact strength versus heating temperature, holding time, air flow rate.

Фиг. 5 - Микроструктура стали 20Г1ФЛ после термообработки по предлагаемой технологии (стократное увеличение).FIG. 5 - Microstructure of steel 20G1FL after heat treatment according to the proposed technology (a hundredfold increase).

Фиг. 6 - Микроструктура стали 20Г1ФЛ после термообработки по предлагаемой технологии (тысячекратное увеличение).FIG. 6 - Microstructure of steel 20G1FL after heat treatment according to the proposed technology (a thousand-fold increase).

Фиг. 7 - Диаграмма традиционного режима термообработки без ускоренного охлаждения.FIG. 7 - Diagram of a traditional heat treatment mode without accelerated cooling.

На Фиг. 1 приведена диаграмма предлагаемого режима термообработки. На стадии А происходит нагрев изделия, на стадии Б происходит прогрев изделия (выдержка), на стадии В осуществляется ускоренное охлаждение изделия на воздухе со скоростью от 1 до 25 градусов Цельсия в секунду, на стадии Г осуществляется изотермический самоотпуск (отжиг) с последующим полным охлаждением.In FIG. 1 is a diagram of the proposed heat treatment mode. At stage A, the product is heated, at stage B, the product is heated (holding), at stage B, the product is rapidly cooled in air at a speed of 1 to 25 degrees Celsius per second, at stage D, isothermal self-tempering (annealing) is carried out, followed by complete cooling .

На Фиг. 2 изображена диаграмма изотермического распада переохлажденного аустенита стали 20Г1ФЛ, которая демонстрирует исследование влияния скорости охлаждения на кинетику фазовых превращений в области феррито-перлитных превращений в соответствии с матрицей планирования полного факторного эксперимента, на изображении также пронумерованы режимы по вышеуказанной Таблице 3.In FIG. Figure 2 shows a diagram of the isothermal decomposition of supercooled austenite of 20G1FL steel, which demonstrates the study of the effect of the cooling rate on the kinetics of phase transformations in the region of ferrite-pearlite transformations in accordance with the planning matrix of the full factorial experiment, the modes of the above Table 3 are also numbered in the image.

Из диаграммы на Фиг. 3 следует, что чем больше длительность выдержки металла и чем выше температура обработки в печи, тем медленнее происходит охлаждение до заданной температуры при одинаковых скоростях потока воздуха. Однако кривые охлаждения подобны для одинакового времени выдержки (при этом наблюдается только сдвиг кривых с увеличением времени выдержки в печи).From the diagram in FIG. 3 it follows that the longer the exposure time of the metal and the higher the processing temperature in the furnace, the slower the cooling to a given temperature at the same air flow rates. However, the cooling curves are similar for the same exposure time (in this case, only a shift of the curves is observed with an increase in the exposure time in the furnace).

На Фиг. 4 представлена гистограмма режимов термообработки, отображающая тенденцию увеличения уровня ударной вязкости при понижении температуры нагрева и увеличении времени выдержки.In FIG. Figure 4 presents a histogram of heat treatment modes, showing a tendency to increase the level of toughness with decreasing heating temperature and increasing the exposure time.

На Фиг. 7 приведена диаграмма обыкновенного режима термообработки с медленным охлаждением, в котором нет самоотпуска. На стадии А происходит нагрев изделия, на стадии Б (выдержка) добиваются равномерного полного нагрева изделия, на стадии В осуществляется постепенное охлаждение (отжиг первого рода), при этом стадия ускоренного охлаждения отсутствует.In FIG. 7 is a diagram of a conventional slow cooling heat treatment mode in which there is no self-tempering. At stage A, the product is heated, at stage B (holding), uniform full heating of the product is achieved, at stage B, gradual cooling (annealing of the first kind) is carried out, while there is no accelerated cooling stage.

Заявляемый способ прошел экспериментальную проверку при изготовлении следующих деталей: рама боковая, балка надрессорная, которые при сравнительно одинаковом весе могут загружаться в печь как поочередно, так и последовательно. Скорость нагрева выбиралась максимальной, но так, чтобы нагрев не приводил к формированию повышенных напряжений в конструкции, вызывающих появление дефектов (трещин, коробления). Время выдержки изделий было регламентировано структурными особенностями так, чтобы длительность выдержки не приводила к формированию в структуре ячеистого перлита. Затем изделие равномерно охлаждалось со скоростью 1÷25°C/сек до температуры 400÷450°C с завершающим охлаждением на спокойном воздухе (см. Фиг. 1).The inventive method has been experimentally tested in the manufacture of the following parts: side frame, nadressornaya beam, which with a relatively equal weight can be loaded into the furnace either alternately or sequentially. The heating rate was selected maximum, but so that the heating did not lead to the formation of increased stresses in the structure, causing defects (cracks, warping). The exposure time of the products was regulated by structural features so that the exposure time did not lead to the formation of cellular perlite in the structure. Then the product was evenly cooled at a rate of 1 ÷ 25 ° C / s to a temperature of 400 ÷ 450 ° C with final cooling in still air (see Fig. 1).

Claims

1. The method of heat treatment of a cast part from low carbon steel, characterized in that the part is sequentially heated to 860 ÷ 940 ° C with exposure, accelerated cooling of the part at a speed of 1 ÷ 25 ° C / s to 400 ÷ 450 ° C in the air stream and isothermal self-tempering of the part at room temperature.

2. The method according to p. 1, in which the mass of the molded part is selected from the condition of ensuring, at its isothermal self-tempering at room temperature, the surface temperature is not less than 550 ° C and not more than 650 ° C.

3. The method according to p. 1 or 2, in which the processing is subjected to a cast part of low carbon steels 20GL or 20G1FL.

4. The method according to p. 1 or 2, in which the part is heated at a rate of 5 ÷ 30 ° C / min.