СПОСОБ ОБРАБОТКИ ИНСТРУМЕНТА ИЗ НИЗКОУГЛЕРОДИСТЫХ БЫСТРОРЕЖУЩИХ СТАЛЕЙ Российский патент 1995 года по МПК C23C8/22 C21D1/74 

Изобретение относится к металлургии, в частности к химико-термической обработке высоколегированных инструментальных теплостойких сталей-вольфрамомолибденовых и молибденовых быстрорежущих, подвергаемых цементации, нитроцементации и закалке.

Известен способ цементации низкоуглеродистой быстрорежущей стали в газовой атмосфере эндогаза и метана при температурах выше 1260^оС с образованием волокнистого аустенитно-карбидного композита в поверхностном слое.

Недостатки способа в трудоемкости, сложности, низкой технологичности применительно к мелкому инструменту сложной формы, низкая ударная вязкость основы и слоя, низкие эксплуатационные свойства концевого инструмента.

Известна технология цементации быстрорежущей стали при 1180-1200^оС в течение 3 ч с промежуточным отпуском и последующей закалкой.

Недостатками способа являются многоступенчатость, нетехнологичность, неудовлетворительные механические свойства поверхности и основного металла. Не представляется возможным обрабатывать по названной технологии концевой формообразующий и режущий инструмент малого диаметра, велика тепловая и структурная деформация инструмента.

Наиболее близким к заявляемому является способ химико-термической обработки с зонным нанесением слоя пасты-обмазки на рабочую часть инструмента кистью или наливом на фигуру штампа.

Целью изобретения повышение качества и износостойкости инструмента при повышении технологичности и универсальности. Предусматривается также увеличение надежности и скорости диффузионного насыщения тонколезвийного инструмента из малоуглеродистых быстрорежущих сталей.

При этом в процессе осуществления технологических приемов, предложенных в заявляемом способе, протекают следующие превращения в поверхностном слое рабочей части инструмента: зонное науглероживание режущих кромок на глубину 100-300 мкм с формированием диффузионного слоя с объемным содержанием карбидов до 58-70% карбиды столбчатого и ориентированного к фронту поступления углерода в аустенитной матрице строения определяют высокую износостойкость при контактно-абразивном износе и при разогреве до температур выше 700^оС; применение цементационных паст для мелкоразмерного инструмента с утоненным хвостовиком с нанесением методом окунания в замкнутый объем, равный двум-трем объемам режущей части инструмента, позволяет создать равномерный диффузионный слой с высоким содержанием карбидов МС, M, M₇C₃, с повышенной концентрацией хрома, молибдена, ванадия, обеспечивающий высокую износостойкость; температура химико-термической обработки выбрана из условий оптимального структурного соотношения мартенситной матрицы без следов перегрева и создания композиционной волокнистой структуры слоя, претерпевающих структурные превращения при охлаждении со скоростями мартенситного, бейнитного и комплексного диффузионно-бездиффузионного процесса в быстрорежущей стали; остальные технологические приемы, ранее не примененные для быстрорежущих низкоуглеродистых сталей, практически позволяют получить лучший экономический и технический эффект, который обосновывается нестандартным их применением к тонколезвийному инструменту.

Обработку нескольких типоразмеров борфрез, шорожек и конусных оправок проводили в условиях инструментального термического участка приборостроительного предприятия. Тонколезвийные фрезы прорезные, концевые, борфрезы из сталей быстрорежущих с содержанием углерода 0,4-0,6% С типа 05Р6М5-МП и фильеры из стали 03Р6М3Ф2-П, а также подкладные штамповые вставки из стали 03М6Х5Ф3-П обрабатывали по предложенной технологии с использованием печей СНОЛ-1,6.2,5.1/11М1 и СНО-2.4.6/10М2.

На чертеже приведена схема установки концевого инструмента в пасту в керамических из термостойкой керамики.

Конические оправки 1 помещают в цементационную пасту 2 в керамической ячейке 3 на 1/2 общей длины оправки а. Другой инструмент типа борфрез б и шорожек в помещают в пасту на 1/3-2/3 общей длины в зависимости от конструкции и назначения.

П р и м е р 1. Борфрезы для зачистки облоя на штамповках из стали 09Х18Н10Т-заправочных горловин диаметром 120 мм цементовали и закаливали по предложенному способу. Инструмент, изготовленный из стали 05Р6М5, размещали рабочей частью вниз в керамические ячейки диаметром 12 мм, выполненные из керамики СБН, заполненные пастой, содержавшей уголь толченый березовый, графит и карбоксиметилцеллюлозу, взятые в равных соотношениях с введением 23% воды. После предварительной сушки при комнатной температуре в течение 1 ч проводили вакуумный нагрев в печи СШОЛ-ВНЦ со скоростью 250^оС/ч, выдерживали при 1040^оС в течение 0,5 ч и закаливали при скорости охлаждения 180^оС/с в масле. По окончании отпуска при 500^оС х 2p x 0,5 ч поверхностный слой имел микротвердость Н_0,49=989-996, а высокопрочная вязкая сердцевина с прочностью при изгибе 2750-2850 МПа обеспечивала высокие эксплуатационные свойства при динамической зачистке вязкого материала поверхности штамповки. Износостойкость фрез была на уровне аналогичных твердосплавных паяных с рабочей частью из сплава ВК-80М, а хрупкость снизилась в 1,5 раза.

П р и м е р 2. Конические раскатные насадки для развальцовки труб в судостроении изготовляли из стали 03М6Х4Ф3 и обрабатывали по предложенной технологии. Рабочую часть инструмента помещали в керамические оправки-ячейки из керамики АБН, заполненные пастой цементационной, содержавшей графит трилон-Б, сажу и клей синтетический, хвостовик на 2/3 был над уровнем пасты. По 12 штук оправок с инструментом помещали в печь, разогретую до 620^оС и прогревали до 1040^оС при вакууме в контейнере 300 мм рт.ст. затем после выдержки 1,5 ч охлаждали поштучно через воздух со скоростью 60^оС/с в расплаве щелочи. Обработка позволила получить рабочую поверхность с твердостью Н_0,49= 934-965 и повышенной изностойкостью и теплостойкостью, что позволило проводить холодную и горячую раскатку труб с более высокой производительностью при эффективном времени использования инструмента 7940-8230 ч, вдвое более высокого, чем в известном способе.

В результате обработки получены иглы с высокой износостойкостью поверхностного слоя и высокопрочной сердцевиной. Так микротвердость слоя 120 мкм была на уровне Н_0,98=976-1030 при твердости сердцевины НРСэ=64-64,5. Слой имел хорошую шлифуемость и был однороден по рабочим поверхностям, износостойкость в составе топливного насоса высокого давления повысилась при работе на дизельном тяжелом топливе 1,7 раза в сравнении со стандартными иглами.

Деформация по длине игл практически отсутствовала или не превышала 1-2 мкм, что позволило снизить объем и трудоемкость доводочных операций в 1,3 раза, суммарная трудоемкость термической обработки и изготовления снизилась на 35%
Предлагаемый способ поясняется таблицей.

Способ обработки инструмента из низкоуглеродистых быстрорежущих сталей включает цементацию с нанесением пасты-обмазки на рабочую часть инструмента при погружении его рабочей части в керамические ячейки, заполненные пастой. Инструмент нагревают вместе с керамическими оправками со скоростью 250 500°С/ч до температуры 1000 1040°С и выдерживают в течениие 0,5 1,5 ч, после чего охлаждают со скоростью 60 220°С/ч до температуры 500 650°С. Паста содержит графит, азотоуглеродный компонент и связующее, в нее можно также вводить в качестве связующего карбоксиметилцеллюлозу и синтетический клей. 10 з. п. ф-лы, 1 ил. 1 табл.

1. СПОСОБ ОБРАБОТКИ ИНСТРУМЕНТА ИЗ НИЗКОУГЛЕРОДИСТЫХ БЫСТРОРЕЖУЩИХ СТАЛЕЙ, включающий цементацию при нанесении пасты-обмазки на рабочую часть инструмента с нагревом и выдержкой при температуре цементации, закалку и отпуск, отличающийся тем, что пасту наносят погружением рабочей части в керамические ячейки, заполненные пастой, нагрев проводят вместе с керамическими ячейками со скоростью 250 500 град/ч до 1000 1040^oС и выдерживают 0,5 1,5 ч, а закалку проводят путем охлаждения со скоростью 60 - 220 град/с до 500 650^oС. 2. Способ по п.1, отличающийся тем, что погружение рабочей части в пасту проводят с перекрытием части хвостовика. 3. Способ по п.1, отличающийся тем, что паста содержит графит, азотоуглеродный компонент и связующее. 4. Способ по п.1, отличающийся тем, что керамические ячейки выполнены из нитридокремниевой керамики. 5. Способ по п.1, отличающийся тем, что нагрев проводят при помещении ячейки в контейнер с отработанным карбюризатором. 6. Способ по п. 1, отличающийся тем, что нагрев и выдержку проводят в вакууме 200 300 мм рт.ст. 7. Способ по п.1, отличающийся тем, что нагрев проводят без предварительной сушки пасты. 8. Способ по п.1, отличающийся тем, что охлаждение проводят поштучным извлечением инструмента из керамических приспособлений на воздухе и в масле. 9. Способ по п.3, отличающийся тем, что в пасту вводят карбоксиметилцеллюлозу и синтетический клей. 10. Способ по п.1, отличающийся тем, что охлаждение проводят в расплаве щелочей и солей. 11. Способ по п. 7, отличающийся тем, что вакуумный нагрев проводят в печах с горячей ретортой.