Перейти к содержанию
svt11051988

Термообработка труб из стали 40Х

Рекомендуемые сообщения

Доброго времени суток форумчане! 

В работе трубы Ø152х30 L=1250мм из "гостовской" стали марки 40Х.

Задача:

- твердость по сечению в любом месте на уровне 28...36HRC;

- твердость поверхности в интервале 285...335HB;

- предел текучести 0,2% в интервале 758...965МПа;

- предел прочности на разрыв ≥ 862МПа;

- ударная вязкость по Шарпи, образца 10 х 10 х 55 CVN при 0°С (32 °F), сред. знач. ≥ 41Дж, любое отдельное значение из 3-х испытаний ≥ 30Дж.

Я сам технолог по термообработке, сделал ТО по следующему режиму:

В садке 3 трубы закреплены вертикально, на расстоянии ≥ 250 мм друг от друга

Нагрев в камерной печи с выдвижным подом без защитной атмосферы.

Температура предварительного подогрева 820°С, время выдержки 30';

Затем выход на температуру нагрева под закалку 860°С, время выдержки 100'

Закалка в слабый (с малой концентрацией) раствор полимерной закалочной жидкости ПКМ, скорость охлаждения "как в воде", температура среды 30°С. В баке интенсивное механическое перемешивание среды мешалками. Время переноса с момента открытия дверцы печи до окунания в закалочную среду меньше 60 секунд, примерно 40...45. При погружении в закалочную среду температура поверхности заготовок, по пирометру, около 780...820°С.

Твердость по поверхности после закалки 47...51HRC.

Далее отпуск:

Нагрев в камерной печи с выдвижным подом без защитной атмосферы.

Температура предварительного подогрева 500°С, время выдержки 30';

Затем выход на температуру отпуска 540°С, время выдержки 150';

Охлаждение в том же закалочном баке до 30°С.

 

Результат:

1) Твердость поверхности:

image.thumb.png.82295afc858b29cb1b36707cc6abef5e.png

По факту встречались значения 279...287HB.

2) Твердость по сечениям

- верх трубы:

1757467685_.thumb.jpg.807cde206d7808a5a49639286274a152.jpg

- середина:

550139272_.thumb.jpg.83c42612d647bb9f1811da1079e5854e.jpg

- низ трубы:

5299539_.thumb.jpg.0637b117b70865d716c637835a682341.jpg

 

3) Предел текучести 0,2%

- верх трубы = 798МПа

- середина = 757МПа (сука! 1го балла не хватило....))))))

- низ = 826 МПа.

4) Предел прочности на разрыв для всех образцов = успешно!

5) Ударная вязкость по Шарпи при 0°С:

- верх трубы 41,1; 42,5; 45,5 - успешно!

- середина 42,4; 41,7; 42 - успешно!

- низ трубы 35,5; 35,6; 35,6 - отрицательно!

 

Если есть кто плотно работает или работал со сталью 40Х прошу помощи! Как режимы скорректировать или требования по удару ронять....? 

 

Поделиться сообщением


Ссылка на сообщение
8 часов назад, svt11051988 сказал:

Время переноса с момента открытия дверцы печи до окунания в закалочную среду меньше 60 секунд, примерно 40...45. При погружении в закалочную среду температура поверхности заготовок, по пирометру, около 780...820°С.

Как раз то, что нужно для выделения феррита по границам аустенитного зерна. В дополнение к этому при закалке получается бейнит (по-видимому верхний). Как следствие провальная уд. вязкость. Образцовая 40Х (сечением 25мм) по Вашим режимам даёт сигму0,2=800МПа при КСU=100Дж/кв.см.

Нужно быстрее переносить или понизить требования по уд. вязкости.

Второй вариант, наоборот, переносить медленнее, но при этом снизить требования по твёрдости и прочности или понизить температуру отпуска.

Короче говоря, попасть в обозначенный коридор свойств в данной задаче  - это большая удача.

Может быть попробовать 38ХС вместо 40Х?

Поделиться сообщением


Ссылка на сообщение

К сожалению, замена марки стали в данной задаче не возможна!

На понижение твердости и упругости тоже заказчик вряд ли согласиться, а по поводу снижения требований ударной вязкости думаю можно поговорить... 

1224860836_40.thumb.jpg.bf35164db1c56af451b0ad5336ff9179.jpg

Судя по диаграмме распада аустенита, с таким сечением мы всегда будем проходить через выделение ферита и перлита, разной степени дисперсности. По логике твердость должна возрастать от центра сечения к поверхности, а на деле получается наоборот - у поверхности твердость чуть меньше, чем у сердцевины, хотя до Ar3 поверхность остыть не успевала во время переноса, это для меня не понятно...

Поделиться сообщением


Ссылка на сообщение
Дата: (изменено)
2 часа назад, svt11051988 сказал:

По логике твердость должна возрастать от центра сечения к поверхности, а на деле получается наоборот - у поверхности твердость чуть меньше, чем у сердцевины

В пределах доверительного интервала (с вероятностью 0,95) у Вас твёрдость на поверхности и в сердцевине статистически одинакова. Если хотите заметить разницу, то нужно мерить микротвёрдость после закалки и набором большой статистики.

2 часа назад, svt11051988 сказал:

хотя до Ar3 поверхность остыть не успевала во время переноса

Сердцевина продолжает остывать медленно в интервале Аr3-Ar1 даже в полимере. Для сокращения выделения феррита нужно либо перегреть, либо быстрее переносить, хотя не факт, что поможет. Ниже Ar1 тоже остывает медленно на бейнит, но охлаждать быстрее, чем в воде это нонсенс. Прокаливаемости не хватает стали 40Х для такого сечения (при заданном уровне свойств).

Изменено пользователем ilia-ilich

Поделиться сообщением


Ссылка на сообщение

Перегревом, скорее всего, зерно увеличим и соответственно уровень мех. свойств понизиться....

Попробую с заказчиком договориться на снижения удара...

Либо закалочный бак модифицировать, увеличить скорость потока омывания закалочной жидкостью...

Поделиться сообщением


Ссылка на сообщение
Дата: (изменено)
В 19.11.2021 в 08:19, svt11051988 сказал:

Затем выход на температуру отпуска 540°С, время выдержки 150';

При 540С очень трудно уложиться в требования по твердости. Я бы советовал не выше 500С (до 36 HRC наверняка не дотянет).

Данные по KCV при 0С в справочниках найти почти нереально - но с целью снижения закалочных напряжений я бы рекомендовал закалу с самоотпуском. Конечно, при такой длинной трубе это сложно, но исполнимо. После полного погружения трубы в закалочный бак отсчитываете 20 секунд и поднимаете деталь из бака, выдерживаете 1 минуту . Если у вас обычный тельфер со скоростью 8 м/мин, верхняя часть проведет в баке 20 секунд, а нижняя - аж 39, соответственно, температура поверхности/сердцевины вверху будет примерно 200/500...520С, а внизу 120/370...380С, после выдержки на воздухе в течение минуты температура составит вверху около 410...420С (t ~ 0,7tц + 0,3tпов), а внизу - около 300С. Поскольку самоотпуск верха проходит до температуры ниже температуры отпуска - твердость ниже нормы не будет, а поскольку внизу температура сердцевины была выше мартенситной точки - риск образования микро трещин резко снизится.

А еще лучше - калить в масло (или в 8%-ный №"как в масло" ПК-М) и отпуск делать всего при 380С. Ибо 

В 19.11.2021 в 16:28, ilia-ilich сказал:

при закалке получается бейнит (по-видимому верхний). Как следствие провальная уд. вязкость.

В большинстве справочников приводятся данные о влиянии температуры отпуска на свойства стали, закалённой на мартенсит - а при закалке на бейнит результаты совсем другие! В частности, для мартенсита интервал 1й закалочной хрупкости - 250-350С (обычно 350С у сталей с кремнием. у 40Х около 300), а интервал 2й закалочной хрупкости - 450-600С. А вот для бейнита этот интервал находится в зоне 400-550С, поэтому для сталей с мартенситно-бейнитной структурой оптимальна температура отпуска 380С: для мартенсита опасный интервал уже пройден, для бейнита ее не наступил. А если отпуск приходится вести выше 380С - показан двукратный отпуск (при медленном охлаждении есть риск нарваться на 2ю отпускную хрупкость, а при быстром, как делали Вы - внезапно часть содержавшегося в бейните остаточного аустенита может превратиться в мартенсит, что резко охрупчивает деталь, если не дать ей повторный отпуск!

В 22.11.2021 в 06:42, svt11051988 сказал:

По логике твердость должна возрастать от центра сечения к поверхности, а на деле получается наоборот - у поверхности твердость чуть меньше, чем у сердцевины

потому что 

В 19.11.2021 в 08:19, svt11051988 сказал:

Нагрев в камерной печи с выдвижным подом без защитной атмосферы.

а значит - имеет место поверхностное обезуглероживание. твердость положено измерять, зачистив деталь  болгаркой на глубину около 0,5 мм (если это допускается потребителем - надо уточнить размер припуска на мех.обработку).

Изменено пользователем Weilant

Поделиться сообщением


Ссылка на сообщение
15 часов назад, Weilant сказал:

а значит - имеет место поверхностное обезуглероживание. твердость положено измерять, зачистив деталь  болгаркой на глубину около 0,5 мм (если это допускается потребителем - надо уточнить размер припуска на мех.обработку).

Твердость измеряли на срезе (сечении) трубы, на расстоянии 3...4 мм от наружного диаметра, так же относительно внутреннего диаметра, как показано на схеме, в начале темы. При такой выдержке и температуре, обезуглероживание на такую глубину исключено.

Насчет отпуска в районе 500...520°С, опыты проводил, в результате твердость на уровне 32...36HRC, показатели растяжения в норме, а вот по удару полный провал... 18...23Дж. Как показывает практика, удар, на этой плавке по крайней мере, растет с увеличением температуры отпуска от 540°С, при этом по твердости и растяжению находимся на нижней границе...

Масло, как показывает практика, для подобного изделия, не может обеспечить объемной закалки. В сердцевине встречались уколы на уровне 23...25HRC...

Насчет изотермической закалки, идея хорошая, но на мой взгляд для данной стали не походит + контролировать практически невозможно, что для серийного производства - не вариант...

Поделиться сообщением


Ссылка на сообщение

Всем доброго времени суток! Хочу дать обратную связь по данной теме.

Напомню, что не удавалось получить заданные показатели ударной вязкости, при сохранении твердости на требуемом уровне (подробно описано в начале темы).

В итоге показатели удара увеличились после второго стабилизационного отпуска выше Мн, в моем случае при 400°С.

То есть температуру основного отпуска после закалки я немного понизил, ушел в интервал 500...530°С, в зависимости от плавки, тем самым немного поднял твердость. Затем делал стабилизацию при 400°С в течении 90 минут. Тем самым уменьшил количество остаточного аустенита и стабилизировал оставшийся.

Такая обработка повысила показатели ударной вязкости на 15...40%.

Может кому пригодиться... Всем удачи и процветания.

Поделиться сообщением


Ссылка на сообщение
2 часа назад, svt11051988 сказал:

Тем самым уменьшил количество остаточного аустенита и стабилизировал оставшийся.

В стали 40Х остаточного аустенита нет. Отпуск 400° 90 мин. эквивалентен отпуску 520° с меньшим временем. Никаких превращений и стабилизаций в отпущенной стали при 400° не происходит кроме роста и сфероидизации цементита. Тот же результат Вы можете получить если первый отпуск 520° будете проводить не в течении часа (или сколько Вы там выдерживали), а добавите к этому времени некоторое количество минут икс в соответствие с зависимостью Холломана.

Поделиться сообщением


Ссылка на сообщение
В 14.09.2022 в 12:19, ilia-ilich сказал:

В стали 40Х остаточного аустенита нет.

Это при закалке на мартенсит. А в указанных условиях она калится на бейнит, в котором остаточный аустенит сохраняется - и при отпуске выше 380С зело вредит. Там идёт такая же фигня, как при отпуске быстрореза - при отпуске остаточный аустенит не распадается, но частично теряет углерод - ив процессе охлаждения после отпуска получается хоть и немного мартенсита закалки (ессно, хрупкого) !  Поэтому повторный отпуск при 400С, разлагающий этот вторичный мартенсит, заметно повышает ударную вязкость.

Про особенности поведения бейнита при отпуске хорошо написано у Счастливцева:

, но тут засада - в экземпляре, выложенном на форуме, отсутствуют сканы именно самых важных страниц (370-374)! Так что ищите в библиотеке и сканируйте их отдельно!

Поделиться сообщением


Ссылка на сообщение
1 час назад, Weilant сказал:

А в указанных условиях она калится на бейнит, в котором остаточный аустенит сохраняется

И при отпуске 520° он не распадается?

Поделиться сообщением


Ссылка на сообщение
4 часа назад, ilia-ilich сказал:

И при отпуске 520° он не распадается?

Полностью не распадается - 500-550С - это же в легированных сталях  как раз интервал максимальной устойчивости между перлитным и бейнитным "носами"! 

Подробности читайте у Садовского, он эти вопросы исследовал в своё время весьма подробно:

 

Поделиться сообщением


Ссылка на сообщение
Дата: (изменено)

Мысль в слух. Не логичнее попробовать сделать отпуск на температуру когда остаточный аустенит распадается, для 40х это 300°С (правда это при закалке на мартенсит), а потом сделать отпуск на нужную твердость. 

Только останется проблема с сложностью контроля. Температуры и структура будут меняться от плавке к плавке, при этом будет меняться и механика. 

Получается, что логичнее сделать 3 отпуска :). Хотя по мне логичнее сменить сталь, или среду закалки 

Изменено пользователем Alexey1980

Поделиться сообщением


Ссылка на сообщение
1 час назад, Weilant сказал:

500-550С - это же в легированных сталях  как раз интервал максимальной устойчивости между перлитным и бейнитным "носами"!

Насколько я понял обсуждать нужно остаточный аустенит не с 0,4%С (для 40Х), а с концентрацией углерода более 1%, т.е. речь идёт об аустените заэвтектоидного состава, возникшего в результате перераспределения углерода (его оттока от межфазной границы альфа-гамма) либо при бейнитном, либо при бейнитно-мартенситном превращении. Такой неравновесный аустенит при отпуске должен выделять углерод, понижая свою устойчивость к полиморфному переходу. Распад остаточного аустенита при отпуске будет лимитироваться температурой и концентрацией легирующих. Причем карбидообразующие легирующие будут тормозить диффузию углерода, а легирующие аустенизаторы - полиморфный переход. Далее цитата из В.Д.Садовского, Е.А.Фокиной "Остаточный аустенит в закалённой стали, М.: Наука, 1986.

1963321652_.thumb.png.657d44246c0aba99663d7a2ec9e1fa9b.png  на стр.41.

Думаю, что сталь 40Х следует отнести к малолегированной.

 

Поделиться сообщением


Ссылка на сообщение
Дата: (изменено)

2068983764_40.thumb.jpg.ee68c1e8cafd2953bbdcdad71730f633.jpgИлья Ильич, приведенная Вами цитата относится именно к отпуску мартенсита (наверняка работали с достаточно тонкими образцами). Особенности поведения бейнита при отпуске, ЕМНИП, у нас начали изучать только в конце 90х - 1е упоминание я встречал в приведённой книге Счастливцева. А 40Х (как и практически любая сталь с содержанием углерода ниже 0.6%), как видно из диаграммы, в сколько-нибудь существенном сечении калится, как правило, именно на бейнитно-мартенситную смесь, причём бейнит в ней только верхний (ибо откуда взяться нижнему, если Мн близка к 350С ?)- что и приводит к перераспределении углерода (в кремнистых сталях вообще атас - в 30ХГСА и 38ХС, закалённых менно на бейнитно-мартенситную смесь в остаточном аустените 1,4-1,8% углерода!) Причём даже в среднелегированных сталях бейнитный нос обычно намного левее мартенситного:

 

Изменено пользователем Weilant

Поделиться сообщением


Ссылка на сообщение
16 часов назад, Weilant сказал:

Илья Ильич, приведенная Вами цитата относится именно к отпуску мартенсита (наверняка работали с достаточно тонкими образцами).

Нет, Константин, приведённая мною цитата относится к поведению остаточного аустенита при отпуске (глава 4 "Распад остаточного аустенита при отпуске" на стр.41), возникшего в малолегированной стали 40Х после закалки изделия со скоростью меньше критической. Не важно, что там возникает попутно с Аост. бейнит или бейнит с мартенситом. Главное, что после закалки есть Аост., который при отпуске более 250° распадётся в ходе нагрева и в структуре отпущенной стали 40Х мы будем иметь 100% сорбита.

Мой тезис

В 14.09.2022 в 12:19, ilia-ilich сказал:

В стали 40Х остаточного аустенита нет.

признаю некорректным, т.к. не учёл сечение изделия. Действительно, при закалке с медленным охлаждением появление Аост. возможно.

Однако, дополнительный отпуск, проведённый ТС, не имеет смысла

В 14.09.2022 в 09:31, svt11051988 сказал:

Затем делал стабилизацию при 400°С в течении 90 минут. Тем самым уменьшил количество остаточного аустенита и стабилизировал оставшийся.

потому, что Аост в стали 40Х при температуре выше 250° распадается.

Существуют ли другие данные о структуре стали  40Х с Аост. после высокого отпуска?

Поделиться сообщением


Ссылка на сообщение
В 20.09.2022 в 09:41, ilia-ilich сказал:

Аост в стали 40Х при температуре выше 250° распадается.

вопрос в том - с какой скоростью. Максимальна скорость распада в области "носа" нижнего бейнита, т.е. 300-330СКак показано у Садовского, в области 500С он устойчив - и если дать сразу отпуск 500, при быстром прохождении интервала 300-350С может не успеть распасться. Я на всякий случай в ответственных деталях, подлежащих термоулучшению, даю ступенчатый отпуск - 320-330С для распада остаточного аустенита, а уж потом грею до заданной температуры (при 600С остаточный аустенит тоже распадается быстро, но уже с образованием пластинчатого перлита, у которого пластичность вдвое ниже, чем у зернистого "перлита отпуска").

Поделиться сообщением


Ссылка на сообщение
26 минут назад, Weilant сказал:

вопрос в том - с какой скоростью.

За несколько секунд.

Поделиться сообщением


Ссылка на сообщение
23 минуты назад, ilia-ilich сказал:

За несколько секунд.

Ага, щас. Посмотрите ИТД для 40Х: даже на пике - от минут до десятков минут. Для остаточного аустенита в закалённой на мартенсит распад идёт в разы быстрее, но вот в закалённой на бейнит, из-за перераспределения углерода может быть и в разы медленнее! Я обычно на всякий случай даю ступень при 325С около 1 часа.

Поделиться сообщением


Ссылка на сообщение
42 минуты назад, Weilant сказал:

Ага, щас.

Это не ко мне. Это к Садовскому. Я его цитировал.

Поделиться сообщением


Ссылка на сообщение
Дата: (изменено)
1 час назад, ilia-ilich сказал:

Это к Садовскому. Я его цитировал.

Интересно... Получается, что Садовский некритично цитировал работу некоего Мюллера (1963 года) в отношении малолегированных сталей  (с которыми сам не экспериментировал!), а относительно среднелегированных отмечает, что в них остаточный аустенит сохраняется долго (ссылаясь на свои же более ранние работы). Похоже, малолегированные стали Садовского мало интересовали. К тому же он в те годы был уже академиком и в такие детали вникать ему было не по чину. 

Изменено пользователем Weilant

Поделиться сообщением


Ссылка на сообщение
35 минут назад, Weilant сказал:

Садовский некритично цитировал работу некоего Мюллера (1963 года) в отношении малолегированных сталей  (с которыми сам не экспериментировал!), а относительно среднелегированных отмечает, что в них остаточный аустенит сохраняется долго (ссылаясь на свои же более ранние работы).

Именно так. Нужно отыскать работу Мюллера и изучить вопрос. Возможно есть другие работы в этом вопросе? Или нужно провести собственные исследования по этой теме.

Поделиться сообщением


Ссылка на сообщение
39 минут назад, ilia-ilich сказал:

Возможно есть другие работы в этом вопросе?

есть, но не для 40Х - для неё этот вопрос обычно не столь критичен, это же как бы не самая массовая сталь средней паршивости. Насчёт сталей для ответственных изделий (например, для ШХ15) исследования есть достаточно представительные. 

Поделиться сообщением


Ссылка на сообщение
14 часов назад, Weilant сказал:

например, для ШХ15) исследования есть достаточно представительные. 

Некорректно распространять данные по высокоуглеродистой стали на среднеуглеродистую.

Поделиться сообщением


Ссылка на сообщение
2 часа назад, ilia-ilich сказал:

Некорректно распространять данные по высокоуглеродистой стали на среднеуглеродистую.

Разумеется - углерод влияет на характер прокаливаемости как бы не сильнее большинства легирующих. Так я ведь этого и не делаю!

Поделиться сообщением


Ссылка на сообщение

Для публикации сообщений создайте учётную запись или авторизуйтесь

Вы должны быть пользователем, чтобы оставить комментарий

Создать учетную запись

Зарегистрируйте новую учётную запись в нашем сообществе. Это очень просто!

Регистрация нового пользователя

Войти

Уже есть аккаунт? Войти в систему.

Войти

  • Последние посетители   0 пользователей онлайн

    Ни одного зарегистрированного пользователя не просматривает данную страницу

×
×
  • Создать...

Важная информация

Мы разместили cookie-файлы на ваше устройство, чтобы помочь сделать этот сайт лучше. Вы можете изменить свои настройки cookie-файлов, или продолжить без изменения настроек.