ТЕРМИЧЕСКАЯ ОБРАБОТКА В КИПЯЩЕМ СЛОЕ (статья)

На машиностроительных предприятиях нашего края выполняют множество деталей штамповкой и ковкой, с охлаждением на возду­хе. После чего следует термическая обработка: отжиг, нормализация, закалка и высокий отпуск, который вполне можно заменить одинарной обработкой в кипящем слое. Одной из этого множества деталей является клин тягового хо­мута для сцепки грузовых вагонов, изготавли­ваемый на заводе ОАО «Алтайвагон». Клин тягового хомута - ответственная де­таль, которая должна характеризоваться не только достаточной прочностью, но и хорошей сопротивляемостью ударным нагрузкам. По­этому к ней предъявляются высокие требова­ния одновременно по нескольким свойствам: твердость - в пределах 269...341HB, ав > 950 МПа; ат > 750 МПа; б > 12%; KCU > 490 кДж/м2. Изготавливается из стали 38ХС, поставляемой на завод в круге диаметром 75 мм. Химический состав стали 38ХС приведен в табл. 1. Техпроцесс изготовления клина включа­ет в себя следующие операции: резка круга на заготовки длиной 240 мм, нагрев заготовок в пламенной печи до 900...1050°С, протяжка на молоте до размера 40х80х295 мм. После чего следует второй нагрев (подогрев) и штамповка на молоте 3ТС. Затем следует обрезка облоя и деталь передается на тер­мическую обработку. Термообработка вклю­чает в себя закалку с t = 900...920°С с охлаж­дением в масле и высокий отпуск при t = 600°C с выдержкой 2.3 часа с последующим охлаждением в воде, так как сталь 38ХС подвержена отпускной хрупкости 2 рода. Требуемая микроструктура после термообра­ботки - мелкодисперсный сорбит. Допускает­ся наличие феррита в виде отдельных вклю­чений по границам зерен. Формированию благоприятной структуры стали 38ХС, обеспечению надежности изде­лия и достижению высоких механических свойств способствует измельчение зерна. Однако при анализе существующей техноло­гии было выявлено, что двойные нагревы способствуют обратному эффекту - росту зерна, который затруднительно исправить последующей термообработкой. При двой­ном нагреве неизбежен перегрев металла, так как между началом штамповки заготовки первой садки и началом штамповки послед­ней заготовки садки проходит значительное время. Вследствие чего, наблюдается рас­слоение металла при протяжке. Следующим узким местом термической обработки является отпускная хрупкость ле­гированных сталей при замедленном охлаж­дении с температуры отпуска. Известны следующие меры борьбы с обратимой отпускной хрупкостью: 1) уменьшение содержания вредных примесей, 2) ускоренное охлаждение с температу­ры высокого отпуска (выше 600°С), 3) введение небольших добавок молиб­дена (0,2.0,3%), 4) использование высокотемпературной термомеханической обработки (ВТМО). Так как способы 1 и 3 в условиях маши­ностроительного предприятия неприменимы, авторами выполнены исследования по нагре­ву и ковке клина тягового хомута после оди­нарного нагрева по схеме «ВТМО + одинар­ная термообработка с нагрева под штампов­ку» (совмещение способов 2 и 4). Наиболее эффективное измельчение субструктуры достигается при высокотемпе­ратурной термомеханической обработке (ВТМО). Пластическая деформация при ВТМО изменяет характер распределения и увеличи­вает плотность несовершенств кристалличе­ского строения - дислокаций, вакансий, де­фектов упаковки, мало- и высокоугловых гра­ниц. Так как дефекты кристаллической решетки сильно влияют на формирование структуры стали при фазовых превращениях, то пласти­ческую деформацию перед фазовыми пре­вращениями или в период их развития можно использовать для создания оптимальной структуры термически обработанной стали. Важнейшее преимущество ВТМО - спо­собность обеспечивать наиболее благопри­ятное сочетание высокой прочности с повы­шенной пластичностью, вязкостью и сопро­тивлением разрушения