СПОСОБ ОБРАБОТКИ ИНСТРУМЕНТА ИЗ БЫСТРОРЕЖУЩЕЙ СТАЛИ Российский патент 1995 года по МПК C23C8/32 C21D1/78 

Изобретение относится к металлургии, в частности к нитрооксидированию и нитроцементации режущего инструмента из теплостойких сталей вольфрамомолибденовых быстрорежущих в атмосферах, образованных жидкими и твердыми азото- и углеродсодержащими органическими соединениями.

Известен способ упрочнения режущего инструмента из сталей типа Р6М5 окислением при 300-420^оС при скоростном высокочастотном нагреве.

Недостатки способа в нестабильности и неоднородности получаемых характеристик-твердости, антифрикционных свойств и износостойкости, что связано с трудностью управления и регулирования температур в заданном интервале.

Известен другой способ длительного цианирования и низкотемпературной нитроцементации при 570-580^оС в течение 2-3,5 ч режущего и формообразующего инструмента из вольфрамомолибденовых теплостойких сталей.

Недостатки технологии в повышенной хрупкости слоя, снижении прочностных динамических характеристик инструмента, склонности к выкрашиванию тонких кромок, в сложности и трудоемкости осуществления процесса.

Наиболее близким заявляемому является способ обработки инструмента из быстрорежущей стали, включающий углеродоазотирование в газообразных продуктах разложения карбамида при 550-580^оС, отпуск вначале при 380-420^оС, а затем при 240-260^оС с охлаждением на воздухе.

Недостатки технологии в высокой трудоемкости, неуниверсальности, в низкой технологичности и сложности осуществления при повышенных удельных затратах по электроэнергии и вспомогательным материалам, велик износ.

Цель изобретения повышение вязкости, износостойкости при контактно-абразивном износе и снижение трудоемкости обработки. Одновременно предусматривается повышение технологичности, улучшение экологии и возможности осуществления в малых предприятиях и неспециализированных термических участках машиностроительных предприятий.

Сущность разработанной технологии и характер превращений, приводящих к повышению эксплуатационных свойств инструмента в следующем: проведение заточки после первого отпуска закаленного от температур 1200-1270^оС в зависимости от марки быстрорежущей стали применительно к инструменту, работающему при контактно-абразивном износе при резании пластмасс и минералов, экономически и технически оправдано, так как тонколезвийный инструмент затачивается на минимальную глубину, толщину слоя, подверженного тепловому воздействию, что исключает образование шлифовочных трещин; нитрооксидирование при повышенных температурах 590-610^оС приводит к ускорению процесса формирования нитрокарбооксидного слоя, толщина которого выбирается в зависимости от геометрии и обрабатываемого материала, время обработки минимально достаточное для отпуска основы без существенного снижения твердости, но позволяет сформировать реальный диффузионный слой повышенной твердости; соотношение активных азотосодержащих компонентов карбамида и этиламина к углеродосодержащему компоненту выбрано из условия повышения активного насыщения слоя азотом при исключении сильного окисления, а также их условий экологической чистоты процесса и атмосферы; скорости нагрева и охлаждения выбраны из условий минимальной деформации заточенного инструмента при нитрооксидировании, вакуумный нагрев, выдержка и охлаждение целесообразны в экологическом аспекте и для ускорения процесса диффузионного насыщения слоя азотом и углеродом.

П р и м е р 1. Фрезы отрезные для резки блоков прессованного янтаря из стали 10Р6М5-МП диаметром 62 мм и толщиной 12 мм обрабатывали по предложенному способу.

После заточки алмазными кругами закаленных и отпущенных при 560^оС фрез проводили нитрооксидирование при 590^оС в течение 60 мин в засыпке их графита чешуйчатого, пропитанного карбамидом и триэтаноламином в соотношении суммы азотосодержащих компонентов к графиту 1:3.

Вакуум в реторте печи СНОЛ-1,6.2,5. 1/9И2, где размещался контейнер с фрезами, был 100 мм рт.ст. нагрев вели со скоростью 350^оС/ч, а охлаждение в реторте со скоростью 15^оС/мин.

Обработка позволила в 1,5 раза повысить износостойкость при сокращении трудоемкости обработки в сравнении с прототипом в 3 раза, хрупкость за счет повышения ударной вязкости и прочности при изгибе до 3700 МПа практически исключена.

П р и м е р 2. Резца проходные для обработки горячепрессованной керамики боросил марки БГП-10 из стали 95Х6М3Ф2 после закалки, однократного отпуска и заточки нитрооксидировали при вакуумном нагреве в атмосфере пиролиза карбамида, моноэтаноламина и этилового спирта, взятых в соотношении 1:3.

Температура нагрева приспособления с 18 резцами в печи СШОЛ-ВНЦ была 610^оС, время выдержки 100 мин, охлаждение в реторте со скоростью 30^оС/мин.

В результате обработки на режущей части резцов сформировался диффузионный слой 125 мкм с повышенной микротвердостью Н_0,49=897-904, трудоемкость обработки составила 12 мин/шт. против 43 мин в известном способе, износостойкость повысилась в 1,7 раза.

П р и м е р 3. Фрезы концевые для обработки стеклотекстолита из стали Р2М3Ф3С обрабатывали в вакуумной печи Терм-1 в засыпке из капрамида, отработанного порошка янтаря и триэтаноламина при 600^оС в течение 45 мин. Охлаждение вели со скоростью 80^оС/мин переносом фрез из вакуумного контейнера в жидкий азот. Обработка позволила получить прочность при изгибе 3800 МПа при ударной вязкости 7,6 Дж/см² на образцах с надрезом, что на 40% выше, чем в известном способе.

Износостойкость при резании стеклотекстолита СТЭФ повысилась в 1,4 раза в сравнении с прототипом, трудоемкость сократилась в 2,3 раза.

Таким образом, предложенный способ прост в осуществлении, не требует специализированного оборудования, осуществим в условиях любых предприятий, имеющих термические участки обработки инструмента и оснастки.

В таблице приведены сравнительные свойства инструмента из стали Р6М5 при обработке по предложенному и известному способам.

Способ обработки инструмента из быстрорежущей стали включает нитрооксидирование при 590 610°С с одновременным отпуском в течение 30 100 мин в среде, содержащей карбамид, этаноламины и углеродосодержащий компонент, в соотношении 1:3 к углеродосодержащему компоненту с различными условиями охлаждения и нагрева. Среда нитрооксидирования может представлять собой атмосферу пиролиза исходных компонентов или засыпку, или пасту. 12 з.п. ф-лы, 1 табл.

1. СПОСОБ ОБРАБОТКИ ИНСТРУМЕНТА ИЗ БЫСТРОРЕЖУЩЕЙ СТАЛИ, включающий закалку, отпуск, заточку и нитрооксидирование в среде, содержащей карбамид, отличающийся тем, что нитрооксидирование проводят при 590 610^oС с одновременным отпуском в течение 30 100 мин в атмосфере, дополнительно содержащей этаноламин и углеродсодержащий компонент при соотношении карбамида и этаноламинов к углеродсодержащему компоненту 1:3, а охлаждение инструмента проводят со скоростью 15-80 мин. 2. Способ по п.1, отличающийся тем, что нитрооксидирование проводят в среде, представляющей собой атмосферу пиролиза исходных компонентов. 3. Способ по п.1, отличающийся тем, что нитрооксидирование проводят в контейнере в среде, представляющей собой засыпку, состоящую из равных количеств карбамида и триэтаноламина, смешанных с порошковым графитом. 4. Способ по п.1, отличающийся тем, что нитрооксидирование проводят в среде, представляющей собой пасту, содержащую моноэтаноламин, карбамид и чешуйчатый графит, при вакуумном нагреве в реторте. 5. Способ по п.1, отличающийся тем, что нитрооксидирование проводят в среде, представляющей собой смесь моноэтаноламина, карбамида и порошкообразной массы отходов обработки янтаря. 6. Способ по п.2, отличающийся тем, что атмосфера пиролиза сформирована из водного раствора карбамида, моноэтаноламина и водного раствора янтарной кислоты. 7. Способ по п.1, отличающийся тем, что нагрев до температуры нитрооксидирования проводят вместе с контейнером со скоростью нагрева 230-350 град. ч. 8. Способ по п.1, отличающийся тем, что нагрев при нитрооксидировании проводят при избыточном давлении 20 100 мм рт.ст. 9. Способ по п.1, отличающийся тем, что охлаждение при нитрооксидировании проводят в реторте в вакууме 300 450 мм рт.ст. 10. Способ по пп. 4 и 9, отличающийся тем, что нагрев и охлаждение в вакууме проводят до начала и после окончания активного действия карбюризатора. 11. Способ по пп. 1 и 4, отличающийся тем, что нитрооксидирование проводят после двукратного отпуска и заточки. 12. Способ по пп.5 и 6, отличающийся тем, что охлаждение проводят в сульфосодержащей масляной среде. 13. Способ по п. 9, отличающийся тем, что охлаждение ведут до 400^oС с переносом инструмента в вакуумное масло с ПАВ.