ВПЛИВ ПОПЕРЕДНЬОЇ І ОСТАТОЧНОЇ ТЕРМІЧНОЇ ОБРОБКИ НА СТРУКТУРУ І ТВЕРДІСТЬ ЦЕМЕНТОВАНОЇ СТАЛІ 20Х

Горбатенко В.П., Конарєва С.В. (кафедра ФМ)

Підвищення стійкості деталей пресового інструменту для виготовлення виробів з вогнетривких матеріалів є достатньо важливою задачею. Для плит прессформ, які працюють в умовах абразивного зносу, в цілях економії замість сталей типу Х12 у ряді випадків застосовують цементуемые сталі із зміцненням їх хіміко-термічною обробкою Відповідно до діючих вимог для забезпечення необхідної зносостійкості прессформ твердість поверхні плит повинна бути не менше 59 HRC. Разом з тим на практиці, були відзначені випадки отримання зниженої твердості робочих поверхонь плит після ХТО. Можливі причини цього можуть бути пов'язані як з порушеннями технології зміцнюючої обробки, так і з впливом початкового структурного стану і умовами попередніх обробок.

З метою встановлення причин недостатньої стійкості робочих елементів пресового інструменту і подальшого коректування існуючих параметрів зміцнюючої обробки досліджували структуру і твердість плит прессформ, виготовлених з листової сталі 20Х після обробки в умовах діючого виробництва по наступних режимах:

Режим 1. Цементація в твердому карбюризаторе при температурі 920-  950^oC з витримкою 10-12 годин, охолоджування на повітрі.

Режим 2. Гарт з нагріву цементації після подстуживания до 870^oC.

Режим 3. Гарт з нагріву цементації після подстуживания до 800^oC.

Режим 4. Обробка по режиму 2 + гарт з окремого нагріву до 800^oC.

Вивчення структури зразків після обробки по режиму 1 дозволило встановити, що глибина цементованного шару в цілому відповідає вимогам (h ³ 1,5 мм), проте спостерігається різна глибина шару з різних сторін плит. При цьому, на одній стороні плит глибина могла складати 3.3,5 мм, а на іншій - 1,5.1,6 мм Причиною неоднорідного насичення може бути нераціональне укладання плит в ящику для цементації. Дані вимірювання твердості, свідчать, що твердість після цементації складала 35-45 HRC, а після обробки по режиму 2 знаходилася на рівні ~58 HRC, зміцнення по режиму 3 забезпечує отримання твердості 60 - 62 HRC, а по режиму 4 - 62 - 63 HRC.

Результати рентгеноструктурных досліджень дозволяють припустити, що зниження твердості сталі, загартованої з нагріву цементації, може бути пов'язано з підвищеним вмістом залишкового аустеніту в поверхневому шарі, який склав ~41%. При вивченні структури цементованного шару після гарту з нагріву цементації була виявлена наявність грубозернистої структури з середнім розміром зерна ~ 71,4±15 мкм. Проведення гарту з окремого нагріву привело до отримання більш дисперсної структури аустеніту з середнім розміром зерна 10-17 мкм. Аналіз частотних кривих розподілу зерен аустеніту за розмірами, представленими на малюнку 2, показує, що більш дрібне і більш рівномірне зерно аустеніту в цементованном шарі формується після подвійного гарту.

У зв'язку з тим, що плити прессформ виготовляються з листа, у тому числі отриманого і контрольованим плющенням, в початковому стані метал характеризується наявністю розвинений структурної полосчатости, яка повністю не усунулася навіть після тривалої витримки при цементації. Формування різнозернистої структури аустеніту в процесі цементації приводило до отримання різнозернистої феррито-перлитової структури металу серцевини і перехідної зони після цементації і повільного охолоджування. В структурі були видні великі за розмірами ділянки перлиту, розташовані в полях дисперсної феррито-перлитової структури. Це може служити свідоцтвом наявності дуже крупних зерен аустеніту в структурі сталі перед дифузійним перетворенням.

Для того, щоб додатково вплинути на структуру в початковому стані, перед  цементацією  проводили  попередні  термічні

обробки - відпал або гарт. Повний цикл зміцнюючої термічної обробки в цьому випадку включав наступні режими:

Режим 5. Відпал при 870^oC перед цементацією, цементація з подальшим охолоджуванням на повітрі, гарт з окремого нагріву від 800^oC.

Режим 6. Гарт від 870^oC перед цементацією, цементація з подальшим охолоджуванням на повітрі, гарт з окремого нагріву від 800^oC.

Дослідження мікроструктури зразків після таких обробок дозволило встановити, що після режиму 5 формується різнозерниста структура  крупноигольчатого мартенсіту, а після обробки по режиму 6 мартенсіт мав більш дрібнозернисту будову, що, очевидно і сприяло отриманню більш високої твердості 61 - 63 HRC, ніж після режиму 5 - 59 - 60 HRC.

Таким чином, експериментально підтверджено позитивний вплив гарту з окремого нагріву на структуру і властивості цементованной сталі 20Х після цементації в твердому карбюризаторе.

Встановлено істотний вплив на структуру і властивості сталі 20Х, зміцненої по різних режимах ХТО, початкового структурного стану.