Как закалить сталь хвг

Обновлено: 01.05.2024

Распространенная благодаря характеристикам и хорошей обрабатываемости ковкой и резанием (после отжига), невысокой стоимости, сталь ХВГ применяется во многих агрегатах, конструкциях и промышленности. По структуре относиться она к заэвтектоидным сталям перлитного класса, по назначению к инструментальным легированным.

Применение ХВГ

Само название «инструментальная» определяет использование этой марки. Но какие свойства обеспечивают ей такое назначение? В первую очередь ее стойкость к короблению при закалке, которой она обязательно подвергается, и коррозионная стойкость.

Так как сталь ХВГ не деформируется, из нее изготавливают мерительный инструмент высокой точности и любой длины.
Устойчивость к образованию окалины позволяет подвергать изделия из этой стали термическим операциям в уже шлифованном виде, что также позволяет изготовить инструмент без припусков на окончательную механическую обработку (т. е. шлифование).
Износостойкость поверхности и вязкая середина определяют, как сталь для изготовления деталей, подвергающихся динамическим нагрузкам, например, кольцам пружинных амортизаторов.
Коррозионная стойкость ХВГ обеспечена содержанием хрома, актуальна при изготовлении практически любого инструмента и запчасти.
Высокая прочность используется для изготовления деталей для прокатных станов, холодного волочения. Это пуансоны, валки, резьбовых калибров и т. д.
Износостойкость и прочность — основные используемые характеристики для всех деталей, в том числе и замочных шайб.

Чем не обладает марка стали ХВГ, так это теплостойкостью, способностью сохранять свои свойства, в частности твердость, при высоких температурах. Это условие необходимо для режущего и быстрорежущего инструмента, где температура кромок может достигать 650 ºC. Разупрочнение ХВГ происходит при температуре 200 ºC, поэтому ее используют только для деталей, работающих в диапазоне низких температур.

Поставляется сталь ХВГ в:

прутках калиброванных и шлифованных;
серебрянке;
листах толстых;
полосах;
поковках;
болванках;
слябах.

Расшифровка стали ХВГ

Марка ХВГ является базовой для аналоговых сталей перлитного класса. Ее химический состав обеспечивается минимальным количеством легирующих элементов (всего 4):

углерод — ± 1,0 %;
хром — 0,9-1,2 %;
кремний — 01-0,4 %;
вольфрам — 0,2-1,6 %.

Остальные элементы — второстепенные по значимости и выдерживаются в такой концентрации:

Так как сталь марки ХВГ относится к высококачественному классу, то содержание вредных примесей фосфора и серы регламентируется до 0,03 % (это минимально возможный предел). Остаточный кислород раскисляется при введении легирующих элементов Si и Mn.

Влияние элементов на свойства

На свойства стали влияет две составляющие:

концентрация химических элементов, т. е. химический состав стали;
их взаимодействие друг с другом, а также по отношению основного элемента (в данном случае Fe), что определяется термической обработкой.

Вводятся модифицирующие материалы в расплав, чтобы определенным образом заполнить кристаллическую решетку и тем самым определить ее свойства. К таким понятиям относятся:

Прочность — любое искажение кристаллической решетки повышает эту характеристику;
Увеличение слоя закалки — равномерное распределение температуры;
Уменьшение деформаций — укомплектованная кристаллическая решетка;
Склонность к трещинообразованию — здесь имеется в виду прочные межкристаллические связи т. е. образование карбидов по границам зерен, также это может быть образование сегрегаций.

Основной элемент повышающий прочность и определяющий сплав как сталь — углерод. Являясь ненамного меньшим, чем молекула Fe по размеру, он размещается в металлической решетке, образуя карбиды. Их форма, расположение и размеры имеют основное значение для характеристик металла при последующей отработке.

Главный легирующий элемент ХВГ — хром. Его атомы небольшие по размеру, уплотняют собой решетку, придавая ей еще большую плотность и стабильность. Особенность атомов хрома образовывать оксиды практически такого же размера, как и сам атом, используются при выплавке сплава со свойствами нержавейки, но это при его содержании выше 10,5 %, а до этого предела он хорошо повышает прокаливаемость.

Для увеличения слоя закалки и уменьшения зерна ХВГ (что увеличивает качество стали) используются и следующие два элемента: молибден и вольфрам. Помимо того, что они образуют еще более прочные карбиды, чем углерод, эти металлы очень тугоплавки и являются центрами кристаллизации, измельчая зерна, что повышает пластичность металла, не меняя его твердости, а также увеличивает прокаливаемый слой.

Легирование кремнием и марганцем (этот элемент не указывается в маркировке ввиду его второстепенного влияния по значимости). Кремний не карбидообразующий элемент, он выталкивает карбиды к границам зерен, таким образом, упрочняя металл. Марганец в данном случае используют для баланса, т. к. он в этой концентрации увеличивает вязкость и пластичность, снижает нежелательные последствия такого повышения прочности.

ГОСТы 5950-2000, 2591-2006, 2590-2006 – общие стандарты фасонного проката
ГОСТы 8560-78, 8559-75, 7417-75, 5950-2000 – калиброванный пруток
ГОСТы 1133-71, 7831-78, 5950-2000 – поковки
ГОСТ 4405-75 – полосы
ГОСТы 14955-77, 5950-2000 – серебрянка и шлифованные прутки

Термическая обработка марки ХВГ

Сталь ХВГ подвергается следующим видам термической обработки:

Отжиг — применяется для смягчения стали перед механической обработкой. Применяется эта процедура при необходимости, а именно, если заготовки подвергались холодной деформации.
Закалка — проводиться после окончательной механической обработки, т. е. после изготовления детали (инструмента и т. д.), придания ему окончательных форм, без учета на шлифовку. Заготовку нагревают до температур 830 ºC и охлаждают, погружением в масло. После этого кристаллические связи меняются и преобладает мартенситная структура, очень прочная и хрупкая. Чтобы разбить такую деталь достаточно приложить мускульную силу.
Снимают внутренние напряжение и устраняют нежелательные последствия с помощью отпуска. Это нагрев и выдержка металла при температуре ниже … превращений, конкретно для этой стали составляет 180 C с охлаждением на воздухе. Происходит коагуляция мартенситных иголок и получение структуры сорбита или троостита, наиболее прочной и пластичной.

Сталь ХВГ обладает удачным сочетанием прочности и коррозионной стойкости. Относительно невысокая стоимость и хорошая обрабатываемость позволяет широко применять ее в производстве. К недостаткам можно отнести узкий диапазон температур закалки и отжига (сталь легко пережечь) и разупрочнение при температуре выше 200 ºC.

Сталь марки ХВГ

Расшифровка марки стали ХВГ: буквы Х, В и Г свидетельствуют о содержании соответственно хрома, вольфрама и марганца не более 1,5%. Кроме того написание данной марки имеет свои особенности - сталь отличается от 9ХВГ, повышенным содержанием в ней углерода, примерно 1%, поэтому цифра в начале марки не ставится.

Инструмент из стали ХВГ и его термообработка: лучшие результаты закалки свёрл из легированной и углеродистой сталей получаются при нагреве рабочей части в соляной или свинцовой ванне. При необходимости вести нагрев в камерной печи применяют огнеупорные подставки, так же как и для свёрл из быстрорежущей стали.

Охлаждение свёрл из легированной стали производят в селитровой или масляной ванне с температурой 150-180° и последующим остыванием на воздухе. При закалке в холодном масле свёрла вынимают горячими при температуре 150-180°. Свёрла диаметром до 10 мм охлаждают прокатыванием под утюгом. Отпуск свёрл, изготовленных из различных марок сталей, кроме стали 9ХС, производят в масляной ванне при температуре 150-180° в течение 1-2 час. Свёрла из стали 9ХС отпускают в масляной ванне или в электропечи при температуре 180-220° в течение 1,5-2 час.

Материалом для изготовления метчиков служат стали углеродистые У12А, У10А, легированные ШХ15, ШХ12, ХВГ, 9ХС, ХГ и быстрорежущая.

Метчики из углеродистых и легированных сталей нагревают под закалку в свинцовых ваннах для обеспечения быстроты нагрева. Температуру закалки принимают на нижнем пределе. Выдержку в свинце дают наименьшую.

Указанные меры принимаются для того, чтобы полностью закалился только поверхностный слой, а сердцевина не успела прогреться и оставалась вязкой. При таком состоянии уменьшается возможность деформации резьбы и увеличивается стойкость метчика в работе. С этой же целью метчики из легированной стали следует калить в соли или масле с температурой 150-200°.

Цилиндрические и дисковые фрезы изготовляют из быстрорежущей и легированных сталей 9ХС, X, ХВГ и др. Применения углеродистой стали для изготовления цилиндрических фрез следует избегать, ввиду их малой стойкости.

Модульные дисковые фрезы, изготовленные из углеродистой стали толщиной до 3-4 мм, следует охлаждать в масле, а толщиной 4 мм и более - в воде с переносом в масло. Отпуск производить в масляной ванне при температуре 150-180 0 в течение 1-2 час. Требуемая твёрдость R_c = 60-63.

Фрезы концевые из быстрорежущей стали нагревают для закалки с подогревом. После окончательного нагрева фрезы охлаждают в расплавленной селитре при температуре 450 - 500° или в масле при температуре 150-200°, а затем на воздухе. Отпускают двукратно при температуре 540-580°. Твёрдость зуба проверяют тарированным напильником. Твёрдость должна быть в пределах R_c = 62-65.

Фрезы диаметром свыше 10 мм изготовляют сварными. Материал хвостовой части сталь 45. Хвостовики подвергаются термической обработке до твёрдости R_c = 30-45.

Фрезы концевые из легированной стали после нагрева охлаждают в расплавленной селитре или горячем масле при температуре 150-200°, а затем на воздухе. Отпускают в масляной ванне при температуре 150-180° в течение 1-2 час. Твёрдость R_c = 60-64.

Фрезы, изготовленные из легированной стали ХВГ, в случае нагрева в свинцовой или соляной ванне также надо подогревать. Охлаждение следует производить в соли или масле, подогретыми до температуры 150-180°, а затем на воздухе. Отпуск фрез из стали 9ХС производить в масляной ванне при температуре 170-200° в течение 1-2 час. Фрезы, изготов ленные из других марок сталей, следует отпускать в масляной ванне при температуре 150-180° в течение 1-2 час. Твёрдость после отпуска R_c - 60-63. Контроль сплошной.

Краткие обозначения:
σ_в	- временное сопротивление разрыву (предел прочности при растяжении), МПа	ε	- относительная осадка при появлении первой трещины, %
σ_0,05	- предел упругости, МПа	J_к	- предел прочности при кручении, максимальное касательное напряжение, МПа
σ_0,2	- предел текучести условный, МПа	σ_изг	- предел прочности при изгибе, МПа
δ₅,δ₄,δ₁₀	- относительное удлинение после разрыва, %	σ_-1	- предел выносливости при испытании на изгиб с симметричным циклом нагружения, МПа
σ_сж0,05 и σ_сж	- предел текучести при сжатии, МПа	J_-1	- предел выносливости при испытание на кручение с симметричным циклом нагружения, МПа
ν	- относительный сдвиг, %	n	- количество циклов нагружения
s _в	- предел кратковременной прочности, МПа	R и ρ	- удельное электросопротивление, Ом·м
ψ	- относительное сужение, %	E	- модуль упругости нормальный, ГПа
KCU и KCV	- ударная вязкость, определенная на образце с концентраторами соответственно вида U и V, Дж/см 2	T	- температура, при которой получены свойства, Град
s _T	- предел пропорциональности (предел текучести для остаточной деформации), МПа	l и λ	- коэффициент теплопроводности (теплоемкость материала), Вт/(м·°С)
HB	- твердость по Бринеллю	C	- удельная теплоемкость материала (диапазон 20 o - T ), [Дж/(кг·град)]
HV	- твердость по Виккерсу	p_n и r	- плотность кг/м 3
HRC_э	- твердость по Роквеллу, шкала С	а	- коэффициент температурного (линейного) расширения (диапазон 20 o - T ), 1/°С
HRB	- твердость по Роквеллу, шкала В	σ t _Т	- предел длительной прочности, МПа
HSD	- твердость по Шору	G	- модуль упругости при сдвиге кручением, ГПа

_ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _

Инструментальная легированная сталь

Легированные стали для режущего и измерительного инструмента. По характеру легирования, свойствам и областям применения стали можно разделить на две группы:

1) небольшой прокаливаемости (7ХФ, 8ХФ, 9ХФ, 11ХФ, 13Х, ХВ4, ХВ5);

2) повышенной прокаливаемости (9Х, X, 9ХС, ХГС, 12X1, 9ХВГ, ХВГ, ХВСГ).

Химический состав легированных инструментальных сталей приведен в ГОСТ 5950-2000 .

Стали, входящие в первую группу, по устойчивости переохлажденного аустенита незначительно превосходят углеродистые стали У7-У13, но благодаря легированию хромом (0,2-0,7 %), ванадием (0,15-0,3%) и вольфрамом (до 4 %) имеют повышенные устойчивость против перегрева, износостойкость и теплостойкость.

Так же как и углеродистые стали У7-У13, они после термической обработки содержат мало остаточного аустенита, что обеспечивает им высокий предел текучести. Большинство из этих сталей с успехом используют при изготовлении инструментов, подвергаемых поверхностной (местной) закалке. Некоторые из сталей небольшой прокаливаемости имеют специализированное применение: сталь 13Х предназначена главным образом для бритвенных ножей, лезвий, хирургического и гравировального инструмента; сталь ХВ4 рекомендуется для резцов и фрез, используемых для обработки резанием с небольшими скоростями материалов высокой твердости; сталь В2Ф используется для изготовления ленточных пил и ножовочных полотен для резки конструкционных сталей средней твердости.

Комплексное легирование даже относительно небольшими количествами элементов существенно повышает прокаливаемость, способствует увеличению дисперсности и однородности распределения карбидов (за исключением сталей типа ХВГ), уменьшает чувствительность к перегреву, способствует сохранению более мелкого зерна при закалке. Стали повышенной прокаливаемости применяют для изготовления инструментов больших сечений, охлаждаемых при закалке в масле или горячих средах. Указанные особенности сталей второй группы (9ХС, ХГС, ХВГ, ХВСГ) позволяют использовать их для изготовления режущего (метчики, плашки, развертки, фрезы, протяжки), а также штампо-вого инструмента более ответственного назначения, чем из углеродистых и низкопрокаливающихся сталей. Отличительной особенностью марганецсо-держащих сталей (ХВГ, ХВСГ, 9ХВГ) является их малая деформируемость при термической обработке, обусловленная повышенным содержанием остаточного аустенита. Это позволяет рекомендовать их для изготовления тех инструментов, к которым предъявляются жесткие требования относительно стабильности размеров при термической обработке. Недостатком указанных сталей является повышенная склонность к образованию карбидной сетки по границам зерен в результате выделения карбидов в Процессе замедленного охлаждения после горячей пластической деформации или высокотемпературного нагрева. Стали ХВГ и ХВ4 характеризуются также неблагоприятным распределением карбидов в деформированном металле сечением более 30—40 мм. Карбидная неоднородность наблюдается также и в стали X, которая обладает, кроме того, повышенной чувствительностью к перегреву и существенным колебанием прокаливаемости в различных плавках. К особенностям термической обработки низколегированных инструментальных сталей следует отнести необходимость использования резких охлаждающих сред (водные растворы солей и щелочей) для сталей небольшой прокаливаемости, закаливаемых на максимальную твердость (7ХФ, 8ХФ, 9ХФ, 11ХФ, 13Х).

Стали повышенной прокаливаемости (9ХС, ХВГ, 9ХВГ, ХВСГ) для уменьшения термических напряжений и коробления у инструментов сложной формы целесообразно подвергать неполной изотермической (выдержка при 180-250 °С длительностью 30-60 мин) или ступенчатой (охлаждение в горячих средах с температурой 150- 220 °С с последующим переносом на воздух) закалке.

Продолжительность выдержки при аустенизации низколегированных сталей выбирают из расчета 50-70 с/мм при нагреве в воздушной печи и 35- 40 с/мм при нагреве в соляной ванне.

Продолжительность отпуска обычно составляет 1-2 ч плюс 1 - 1,5 мин на 1 мм толщины крупногабаритного инструмента.

Сортамент поставляемых легированных инструментальных сталей: кованая круглая и квадратная (ГОСТ 1133-71), калиброванная (ГОСТ 7417-75, ГОСТ 8559-75 и ГОСТ 8560-78); прокат горячекатаный круглый (ГОСТ 2590-88), горячекатаный квадратный; полосы горячекатаные и кованые (ГОСТ 4405-74).

Допускаемая глубина обезуглеро-женного слоя регламентирована ГОСТ 5950-2000 .

Критические точки, режимы ковки и отжига, режимы окончательной термической обработки и назначение ле-гурованных инструментальных сталей приведены в таблицах ниже:

Критические точки (температура, С) легированных инструментальных сталей
Сталь	Ас₁	Ас_м	Аr_м	Аr₁	М_н	М_к
Стали небольшой прокаливаемости
7ХФ * 1	770	780	740	710	-	-
8ХФ * 1	740	750	-	700	215	-
9ХФ	700	—	-	-	215	-
11ХФ	—	—	-	-	195	-
13Х	760	780	740	710	-	-
В2Ф	750	800	690	650	-	-
Стали повышенной прокаливаемости
9Х	730	860	-	700	270
X	745	900	-	700	240	-
9ХС	770	870	-	730	160	-30
12X1	750	890	-	-	245	-40
9ХВГ	750	900	-	-	205	-
ХВГ	750	940	-	710	210	-50
ХВСГ	770	785	730	720	200	20
Х6ВФ	815	845	775	625	150	-100
Для сталей 7ХФ и 8ХФ Ас₃ и Аr₃

Режимы ковки и отжига легированных инструментальных сталей
Сталь	Интервал ковочных температур, °С	Режим отжига	НВ после отжига, МПа, не более
7ХФ	1160—850	Нагрев на 780—800 °С, охлаждение со скоростью 50°С/ч до 640—680 °С, выдержка 2—3 ч, охлаждение со скоростью 50°С/ч до 550 °С, далее на воздухе	2290
8ХФ	1150—850	Такой же, как для стали 7ХФ	2550
9ХФ	1180—800	Нагрев на 760—790 °С, далее как для стали 7ХФ	2550
11ХФ	1100—800	Нагрев на 750—790 °С, охлаждение со скоростью 50°С/ч до 670—700 °С, выдержка 2—3 ч, охлаждение со скоростью 50°С/ч до 550 °С, далее на воздухе	2290
13Х	1100-800	Такой же, как для стали 11ХФ	2410
ХВ4	1125-850	Нагрев на 800-820 °С, охлаждение со скоростью 50°С/ч до 600 °С, выдержка 2-3 ч, охлаждение со скоростью 50°С/ч до 550 °С, далее на воздухе	2850
В2Ф	1200-900	Нагрев на 780-800 °С, охлаждение со скоростью 50 °С до 710-730 °С, выдержка 2- 3 ч, охлаждение со скоростью 50°С/ч до 550 °С, далее на воздухе	2850
9X1	1150-850	Нагрев на 800-820 °С, охлаждение со скоростью 50°С/ч до 670-680 °С, выдержка 2-3 ч, охлаждение со скоростью 50°С/ч до 550°С, далее на воздухе	2290
X	1150-850	Нагрев на 780-800 °С, охлаждение со скоростью 50 °С/ч до 670-720 °С, выдержка 2-3 ч, охлаждение со скоростью 50°С/ч до 550 °С, далее на воздухе	2290
9ХС	1140-800	Нагрев на 790-810 °С, охлаждение со скоростью 50°С/ч до 670-720 "С, выдержка 2-3 ч, охлаждение со скоростью 50°С/ч до 550 °С, далее на воздухе	2410
12X1	1120-850	Такой же, как и для стали X	2410
9ХВГ	1120-850	Такой же, как и для стали X	2410
ХВГ	1150-850	Такой же, как и для стали X	2550
ХВСГ	1140-850	Такой же, как для стали 9ХС	2410
Х6ВФ	1100-850	Нагрев на 830-850 °С, охлаждение со скоростью 40°С/ч до 700-720 °С, выдержка 2-3 ч, охлаждение со скоростью 50 °С/ч до 550 °С	2410

Режимы окончательной термической обработки легированных инструментальных сталей

Назначение легированных инструментальных сталей:

Сталь	Назначение
7ХФ	Деревообрабатывающий инструмент (топоры, долота, зубила), круглые и ленточные пилы со сплющенными и разведенными зубьями, инструмент для чеканки
8ХФ	Ножи для холодной резки металла, обрезные матрицы и пуансоны, кернеры, штемпели
9ХФ	Рамные, ленточные, круглые, строгальные пилы, ножи, обрезные матрицы и пуансоны для холодной обрезки заусенцев, кернеры, штемпели
11ХФ	Метчики и другие режущие инструменты диаметром до 30 мм, закаливаемые в горячих средах, хирургические инструменты, штампы для холодной штамповки, пуансоны, калибры
13Х	Вместо стали У13, У13А для мелких инструментов диаметром 1- 15 мм, чтобы иметь возможность проводить закалку в масле; для инструментов диаметром до 30-35 мм (при закалке в воду) получают более глубокий закаленный слой, чем у стали У13, У13А; назначение то же, что и у стали У13, У13А (см. табл. 6)
ХВ4	Инструменты для чистового резания твердых материалов (отбеленный чугун, валки с закаленной поверхностью) с небольшой скоростью, граверный инструмент, прошивные пуансоны
В2Ф	Ленточные пилы по металлу, ножовочные полотна
9X1	Деревообрабатывающий инструмент, валки холодной прокатки, клейма, пробойники, холодновысадочные матрицы и пуансоны
X	Токарные, строгальные и долбежные резцы, работающие при небольших скоростях резания; зубила, гладкие цилиндрические калибры и кaлибeрные кольца
9ХС	Сверла, развертки, метчики, плашки, гребенки, фрезы; машинные штемпели; клейма; деревообрабатывающий инструмент
12X1	Измерительные инструменты (плитки, калибры, шаблоны)
9ХВГ	Резьбовые калибры сложной формы, штампы для холодного деформирования сложной формы, которые при закалке не должны подвергаться значительным объемным изменениям и короблению
ХВГ	Режущие и измерительные инструменты, в том числе крупных сечений, для которых повышенное коробление при закалке недопустимо (протяжки, длинные метчики и развертки, плашки, резьбовые калибры; деревообрабатывающий инструмент; ножи для бумажной промышленности; холодновысадочные матрицы и пуансоны)
хвсг	Инструмент для ручной работы (плашки, сверла, развертки, гребенки, штемпели, клейма); холодновысадочные матрицы и пуансоны; деревообрабатывающий инструмент; ножи для бумажной промышленности
Х6ВФ	Дереворежущий фрезерный инструмент, ручные ножовочные полотна, резьбонакатной инструмент, матрицы и пуансоны холодного деформирования

Автор: Администрация

Способ термической обработки деталей из стали хвг

Изобретение относится к области металлургии и может быть применено при термической обработке деталей, от которых требуется высокая точность размеров, высокие механические свойства, надежность и долговечность. Технический результат от изобретения - снижение деформации более чем в два раза, повышение ударной вязкости и уменьшение ее анизотропии по сравнению с известными способами термической обработки. Технический результат достигается тем, что во время закалки используют различную методику охлаждения в различных интервалах температур, особенно в интервале температур мартенситных превращений, и новую методику отпуска. При новой методике охлаждения и отпуска обеспечивается минимальная деформация и меньшая анизотропия ударной вязкости стали ХВГ, что повышает надежность и долговечность изделий, а также ускоряет процесс производства. Изобретение может быть использовано в точном приборостроении и машиностроении. 1 з.п. ф-лы, 1 табл.

Изобретение относится к области металлургии и может быть использовано при термической обработке деталей из стали ХВГ, от которых требуется высокая точность размеров и высокие механические свойства, особенно для пресс-форм с твердостью НRС_э 4953, используемых в точном приборостроении.

Известен способ закалки деталей из стали ХВГ, заключающийся в нагреве до температуры 820-850 o С, выдержке и охлаждении в масле с температурой 20-50 o С, промывке в горячем растворе Na₂CO₃ в воде. После чего производят отпуск на заданную твердость НRС_э 49-53 [1]. При этом способе закалки основные структурные превращения аустенита в мартенсит происходят при пониженных температурах. Вследствие снижения температуры уменьшается объем стали, а превращение аустенита в мартенсит увеличивает объем стали. Кроме того, охлаждение до низких температур 20-50 o С вызывает снижение пластичности стали. Эти причины увеличивают деформацию и изменяют объем стали, что приводит иногда к трещинам непосредственно при закалке или с течением времени при эксплуатации.

Наиболее близким к предлагаемому является способ изотермической закалки деталей сложной формы из стали ХВГ, который заключается в нагреве до 830-850 o С, выдержке и охлаждении до 160-180 o С, выдержке с последующим охлаждением до цеховой температуры. После чего детали промывают от масла в 3-5% растворе, Na₂CO₃ в воде при 80-100 o С и производят отпуск на заданную твердость [2].

При термической обработке по этому способу образуется меньшая разность температур за счет охлаждения до повышенной температуры (160-180 o С) и образуется ~ 15-30% мартенситета. Это также не вызывает больших внутренних напряжений. Но последующее охлаждение до цеховой температуры уменьшает объем стали и вызывает превращение остаточного аустенита в мартенсит, что вызывает значительные внутренние напряжения, которые приводят к недопустимой деформации тонкостенных деталей сложной конфигурации. Поэтому детали сложной конфигурации не рекомендуется подвергать такому режиму термической обработки.

Технический результат, достигаемый при использовании предлагаемого способа, заключается в снижении деформации, повышении ударной вязкости и уменьшении ее анизотропии при заданной твердости по сравнению с известными способами термической обработки.

Для получения указанного технического результата в предлагаемом способе термической обработки деталей из стали ХВГ, включающем нагрев под закалку до 830-850 o C, охлаждение в масле и отпуск, охлаждение деталей производят сначала в масле с температурой 90-110 o С, а затем в 3-5% водном растворе Na₂CO₃ с температурой 90-100 o С, выдерживают 1-60 минут и осуществляют нагрев для отпуска при 470-500 o C.

Выдержку в 3-5% растворе Na₂CO₃ в воде совмещают с промывкой деталей от масла.

Отличительные признаки предлагаемого способа заключаются в том, что при выдержке в интервале температур 90-100 o C в течение 1-60 минут во время охлаждения при закалке образуется около 50% мартенсита. При последующем нагреве до 470-500 o С происходит отпуск образованного мартенсита и превращение его в троостит. В это же время из остаточного аустенита выделяются легирующие элементы и происходит его превращение в троостит.

Троостит имеет меньший удельный объем, чем мартенсит.

Поэтому предлагаемый способ термической обработки изменяет объем стали ХВГ меньше, чем известные способы, что не вызывает значительного повышения внутренних напряжений, а это способствует повышению ударной вязкости, особенно в направлении поперек проката.

Пример практического применения Изготавливали пальчиковые образцы для определения величины изменения размеров и ударной вязкости. Образцы имели размеры 10х10х55 с радиусом закругления R5 мм у одного конца.

Изменение внутренних напряжений и упругую деформацию определяли с помощью колец переменного сечения.

Кольца переменного сечения имели размеры: наружный диаметр 16 мм, внутренний диаметр 8 мм, эксцентриситет 3,5 мм, ширину 8 мм. Кольца размечали отпечатками от алмаза прибора Викерс нагрузкой 30 кгс.

Разметку производили широкой части кольца относительно оси симметрии на расстоянии 3 мм. Каждое кольцо размечали двумя отпечатками. Отпечатки разделяли осью симметрии. Отпечатки ставили после отпуска и шлифования плоской поверхности колец.

Все образцы после термической обработки шлифовали и подвергали испытаниям.

Результаты испытаний приведены в таблице.

Из результатов таблицы следует, что наиболее оптимальные свойства обеспечивает предлагаемый режим термической обработки.

Предлагаемый способ сокращает процесс термической обработки на 1-2 часа.

Источники информации 1. Каменичный И.С. Краткий справочник термиста. Машгиз. Москва, 1959 г., Киев, с. 143.

2. Геллер Ю.А. Инструментальные стали. М.: Металлургия, 1983 г., с. 261.

3. Попов А.А., Попова А.Е. Справочник термиста. Изотермические термокинетические диаграммы распада переохлажденного аустенита. Машгиз. М. 1961 г., Свердловск, с. 373.

1. Способ термической обработки деталей из стали ХВГ, включающий нагрев до 830-850 o С, охлаждение в масле и отпуск, отличающийся тем, что охлаждение деталей производят сначала в масле с температурой 90-110 o С, а затем в 3-5%-ном водном растворе Na₂CO₃ c температурой 90-100 o С, выдерживают 1-60 мин и осуществляют нагрев для отпуска при 470-500 o С.

2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что выдержку в 3-5%-ном растворе Na₂CO₃ в воде совмещают с промывкой деталей от масла.

Сталь ХВГ инструментальная легированная

Сталь ХВГ относится к группе инструментальных легированных сталей повышенной прокаливаемости. Инструмент из этой стали закаливается в масле и как правило прокаливается насквозь. Данная сталь характеризуется повышенным содержанием марганца (при нормальном содержании кремния). Это приводит при закалке к увеличению количества остаточного аустенита и уменьшению деформации; поэтому эту сталь также называют инструментальной малодеформирующейся [2].

Карбидной фазой этой стали является легированный цементит (M₃C), коагуляция которого происходит медленее, чем простого нелегированного. Поэтому эта сталь размягчается медленее при повышении температуры отпуска, чем простые углеродистые инструментальные стали и обычная температура отпуска инструмента намного выше.

Микроструктура горячекатаной, кованой металлопродукции предназначенной для холодной механической обработки (обточки, строжки, фрезерования и др.), калиброванной и со специальной отделкой поверхности стали ХВГ диаметром или толщиной до 60 мм должна соответствовать:
— зернистый перлит — баллам от 1 до 6 (приложение Г, ГОСТ 5950-2000)

Сталь ХВГ применяется для изготовления измерительного и режущего инструмента, для которого повышенное коробление при закалке недопустимо (протяжки и другой инструмент с большим отношением длины к диаметру или толщине), резьбовых калибров, длинных метчиков, длинных разверток и другого вида специального инструмента, холодновысадочных матриц и пуансонов, технологической оснастки.

Примерное назначение инструментальной легированной стали ХВГ (ГОСТ 5950-2000)

Для измерительных и режуших инструментов, для которых повышенное коробление
при закалке недопустимо;

резьбовых калибров,
протяжек,
длинных метчиков,
длинных разверток,
плашек и другого специального инструмента,
холодновысадочных матриц и пуансонов,
технологической оснастки.

Химический состав, % (ГОСТ 5950-2000)

Марка стали	Массовая доля элемента, %
Марка стали	углерода	кремния	марганца	хрома	вольфрама	наладим	молибдена	никеля
ХВГ	0,90-1,05	0,10-0,40	0,80-1,10	0,90-1,20	1,20-1,60	—	—	—

Фазовый состав, % по массе

Температура критических точек, °C [3]

Режимы термической обработки стали ХВГ [2]

Отжиг		Закалка			Отпуск
температура, °C	твердость, HB	температура, °C	среда охлаждения	твердость, HRC (не менее)	температура, °C	твердость, HRC
770-790	255-207	800-830	Масло	62	140-160	65-62

ПРИМЕЧАНИЕ. Твердость после закалки гарантируется по — ГОСТ, твердость после отпуска — в обычных пределах колебания

Режимы окончательной термической обработки [4]

Закалка
t_п, °C	t_н, °C	среда	HRC
650-700	830-850	Масло	62-63
Отпуск
t, °C	среда		HRC
150-200 200-300	Воздух		63-62 62-58

Обработка холодом [5]

Вариант закалки	Температура охлаждения, °C	Назначение	Повышение твердости ΔHRC
I-III	-70 °C	Стабилизация размеров инструментов повышенной точности	0-1

ПРИМЕЧАНИЕ: Обработку холодом производить не позднее 1 ч после закалки.

Выдержка при отпуске в жидких средах инструмента из углеродистой и легированной стали

Твердость в состоянии поставки металлопродукции из стали ХВГ, предназначенной для холодной механической обработки (ГОСТ 5950-2000)

Марки стали	Твердость HB, не более	Диаметр отпечатка, мм, не менее
ХВГ	255	3,8

Твердость образцов металлопродукции из стали ХВГ после закалки и закалки с отпуском (ГОСТ 5950-2000)

Марка стали	Температура, °С, и среда закалки образной	Температура отпуска, °С	Твердость HRC_э (HRC), не менее
ХВГ	820-840, масло	180	61 (60)

Твердость и ударная вязкость в зависимости от сечения образца [7]

Сечение, мм	Место вырезки образца	КСU, Дж/см 2	Твердость HRC_э
16	1/2R	40	64
25	1/2R	30	64
50	1/2R	20	63
100	1/2R	15	61

ПРИМЕЧАНИЕ. Закалка на мелкое зерно; отпуск при 150-160 °C.

Твердость стали в зависимости от температуры отпуска [8]

* Заготовки сечением до 50 мм закаливаются с охлаждением в масле, св. 50 мм — в расплаве солей с водой.

Механические свойства при комнатной температуре [10]

НД	Режим термообработки			Сечение, мм	σ_0,2, Н/мм₂	σ_в, Н/мм₂	δ, %	ψ, %	KCU, Дж/см₂	HRC	HB
НД	Операция	t, °C	Охлаждающая среда	Сечение, мм	не менее					HRC	HB
ГОСТ 5950-2000	Отжиг	770-790	С печью со скоростью 30 °C/ч	—	Не определяются					—	≤255
ГОСТ 5950-2000	Закалка Отпуск	820-840 180	Масло Воздух	Образцы	Не определяются					≥60	—

Технологические свойства (ОСТ 23.4.127-77)

Температура ковки, °C: начала 1070, конца 860. Охлаждение замедленное.
Свариваемость — не применяется для сварных конструкций.
Обрабатываемость резанием — K_{v б.ст} = 0,35 и k_{v тв.спл} = 0,75 в горячекатаном состоянии при НВ 235 и ств = 760 МПа.
Склонность к отпускной хрупкости — малосклонна.
Флокеночувствительность — чувствительна [11].

Прокаливаемость (ОСТ 23.4.127-77) [12]

Критический диаметр d

Термообработка	Критическая твердость HRC_э	d, мм, после закалки в масле
Закалка	61	15-70

Шлифуемость — пониженная при твердости HRC_э 59-61; удовлетворительная [9] при HRC_э 55-67.

Читайте также:

Вариант	Температура, °C	Охлаждение			Охлаждение до 20 °C	HRC	Структура или балл мартенсита по шкале № 3 ГОСТ 8233-56
		Среда	Температура, °C	Выдержка
I	820-840	Масло	20-40	До температуры масла	На воздухе	63-65	1
II			90-140	До 150-200 °C
III	830-850	Расплав селитры, щелочи	150-160	Выдержка в расплаве равна выдержке при нагреве под закалку	На воздухе	62-64	1-3
			Температуру расплава и продолжительность изотермической выдержки выбирают по диаграмме на рис.1 в зависимости от требуемой твердости. Охлаждение до 20 °C на воздухе.

Вариаит	Назначение	Температура нагрева, °C	Среда нагрева	HRC
II	Снятие напряжений, стабилизация структуры и размеров	140-160 170-200 230-280	Масло, расплав селитры, щелочи	62-65 60-62 55-60
II	Снятие напряжений и понижение твердости	См. примечание 2	Расплавы селитры, щелочи, печь с воздушной атмосферой	—