ВЛИЯНИЕ ПРЕДВАРИТЕЛЬНОЙ И ОКОНЧАТЕЛЬНОЙ ТЕРМИЧЕСКОЙ ОБРАБОТКИ НА СТРУКТУРУ И ТВЕРДОСТЬ ЦЕМЕНТОВАННОЙ СТАЛИ 20Х

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

Повышение стойкости деталей прессового инструмента для изготовления изделий из огнеупорных материалов является достаточно важной задачей. Для плит прессформ, которые работают в условиях абразивного износа, в целях экономии вместо сталей типа Х12 в ряде случаев применяют цементуемые стали с упрочнением их химико-термической обработкой В соответствии с действующими требованиями для обеспечения необходимой износостойкости прессформ твердость поверхности плит должна быть не менее 59 HRC. Вместе с тем на практике, отмечены случаи получения пониженной твердости рабочих поверхностей плит после ХТО. Возможные причины этого могут быть связаны как с нарушениями технологии упрочняющей обработки, так и с влиянием исходного структурного состояния и условиями предшеству­ющих обработок.

С целью установления причин недостаточной стойкости рабочих элементов прессового инструмента и последующей корректировки существующих параметров упрочняющей обработки исследовали структуру и твердость плит прессформ, изготовленных из листовой стали 20Х после обработки в условиях действующего производства по следующим режимам:

Режим 1. Цементация в твердом карбюризаторе при температуре 920-  950^оС с выдержкой 10-12 часов, охлаждение на воздухе.

Режим 2. Закалка с цементационного нагрева после подстуживания до 870^оС.

Режим 3. Закалка с цементационного нагрева после подстуживания до 800^оС.

Режим 4. Обработка по режиму 2 + закалка с отдельного нагрева до 800^оС.

Изучение структуры образцов после обработки по режиму 1 позволило установить, что глубина цементованного слоя в целом отвечает требованиям (h ³ 1,5 мм), однако наблюдается различная глубина слоя с разных сторон плит. При этом, на одной стороне плит глубина могла составлять 3…3,5 мм, а на другой - 1,5…1,6 мм. Причиной неоднородного насыщения может быть нерациональная укладка плит в ящике для цементации. Данные измерения твердости, представленные свидетельствуют, что твердость после цементации составляла 35-45 HRC, а после обработки по режиму 2 находилась на уровне ~58 HRC, упрочнение по режиму 3 обеспечивает получение твердости 60 - 62 HRC, а по режиму 4 - 62 - 63 HRС.

Результаты рентгеноструктурных исследований позволяют предпо­ложить, что снижение твердости стали, закаленной с цементационного на­грева, может быть связано с повышенным содержанием остаточного аусте­нита в поверхностном слое, которое составило ~41%. При изучении структуры цементованного слоя после закалки с цементационного нагрева было выявлено наличие крупнозернистой структуры со средним размером зерна ~ 71,4±15 мкм. Проведение закалки с отдельного нагрева привело к получению более дисперсной структуры аустенита со средним размером зерна 10-17 мкм. Анализ частотных кривых распределения зерен аустенита по размерам, показывает, что более мелкое и более равномерное зерно аустенита в цементованном слое формируется после двойной закалки.

В связи с тем, что плиты прессформ изготавливаются из листа, в том числе полученного и контролируемой прокаткой, в исходном состоянии металл характеризуется наличием развитой структурной полосчатости, которая полностью не устранилась даже после длительной выдержки при цементации. Формирование разнозернистой структуры аустенита в процес­се цементации приводило к получению разнозернистой феррито-перлит­ной структуры металла сердцевины и переходной зоны после цементации и медленного охлаждения. В структуре были видны большие по размерам участки перлита, расположенные в полях дисперсной феррито-перлитной структуры. Это может служить свидетельством наличия очень крупных зе­рен аустенита в структуре стали перед диффузионным превращением.

Для того, чтобы дополнительно повлиять на структуру в исходном состоянии, перед  цементацией  проводили  предварительные  термические

обработки - отжиг или закалку. Полный цикл упрочняющей термической обработки в этом случае включал следующие режимы:

Режим 5. Отжиг при 870^оС перед цементацией, цементация с последующим охлаждением на воздухе, закалка с отдельного нагрева от 800^оС.

Режим 6. Закалка от 870^оС перед цементацией, цементация с последующим охлаждением на воздухе, закалка с отдельного нагрева от 800^оС.

Исследование микроструктуры образцов после таких обработок поз­волило установить, что после режима 5 формируется разнозернистая структура  крупноигольчатого мартенсита, а после обработки по режиму 6 мартенсит имел более мелкозернистое строение, что, очевидно и способ­ствовало получению более высокой твердости 61 - 63 HRC, чем после режима 5 - 59 - 60 HRC.

Таким образом, экспериментально подтверждено положительное влияние закалки с отдельного нагрева на структуру и свойства цементованной стали 20Х после цементации в твердом карбюризаторе.

Установлено существенное влияние на структуру и свойства стали 20Х, упрочненной по различным режимам ХТО, исходного структурного состояния.