СПОСОБ ТЕРМОЦИКЛИЧЕСКОЙ ОБРАБОТКИ ИНСТРУМЕНТАЛЬНОЙ СТАЛИ Российский патент 1999 года по МПК C21D9/22 C21D1/78 

Изобретение относится к металлургии, в частности к способам термической обработки инструментальных сталей для штампов холодного деформирования, и может быть использовано при изготовлении инструмента и деталей машин в машиностроении.

Известен способ термоциклической обработки стали, включающий многократный нагрев выше A_Cl 30-50^oC, подстуживание на воздухе до температуры ниже A_Cl 30-50^oC, снова нагрев выше A_Cl 30-70^oC, охлаждение в воде, после которого осуществляют отпуск при 450-500^oC для снятия внутренних напряжений [1].

Недостатками данного способа является то, что повышение пластичности стали не сопровождается необходимым высоким уровнем ее прочностных свойств, а также достаточная трудоемкость и длительность способа, так как для его осуществления необходимо проведение нагрева и охлаждения до 10 раз, что неизбежно приводит к окислению поверхности изделия и образованию окалины вследствие проведения всего процесса термообработки на воздухе.

Наиболее близким по технической сущности (прототипом) является способ термоциклической обработки инструментальной стали, включающий многократный нагрев выше A_Cl на 40-80^oC со скоростью 250-350^oC/мин, охлаждение в цикле ниже A_Cl до температуры 560-620^oC в расплаве солей с выдержкой при этой температуре до окончания γ _→ α превращения, охлаждение в воде или масле после нагрева в последнем цикле, после которого осуществляют отпуск при 180-220^oC [2].

Недостатком данного способа для штампов холодного деформирования из сталей Х12М, Х12Ф1 и других им подобных, является то, что процесс полного превращения γ _→ α при 560-620^oC для этих сталей длится более 5 часов [4], следствием чего является значительное увеличение времени всего процесса термоциклической обработки, так как для его проведения необходимо 3-4 цикла, и, кроме того, указанный способ не обеспечивает необходимый высокий уровень прочности по причине низкой температуры нагрева (A_Cl+(40-80^oC)) в цикле и, следовательно, высокую эксплуатационную стойкость инструмента, изготовленного по этому способу.

Сущность изобретения достигается тем, что в известном способе темоциклической обработки инструментальной стали, при котором осуществляют многократный нагрев выше A_Cl, охлаждение в цикле ниже A_Cl и охлаждение в масле после нагрева в последнем цикле с последующим отпуском, многократный нагрев осуществляют выше A_Cl на 130-170^oC со скоростью 6-35 град/с, и охлаждение в цикле проводят в расплаве солей до температуры 680-750^oC с выдержкой при этой температуре 3-9 минут, а отпуск ведут при температуре 200-400^oC.

Техническим результатом является снижение длительности процесса термоциклической обработки и повышение твердости при сохранении ударной вязкости стали, что позволяет повысить эксплуатационную стойкость инструмента.

Выполнение предлагаемого способа с такими режимами позволяет сохранить ударную вязкость при повышении твердости за счет чередующегося повторения процессов взаимного растворения-выделения между ферритокарбидной смесью и аустенитом, способствующего получению благоприятного структурного состояния в конечной структуре стали.

Для изготовления штамповой оснастки холодного деформирования широко применяют стали Х12М, Х12Ф1. Присутствие в структуре этих сталей большого количества карбидов обеспечивает с одной стороны, высокую износостойкость инструмента, а с другой - приводит к заниженной ударной вязкости. Большая легированность стали создает устойчивые к растворению карбиды. Увеличение температуры закалки выше A_Cl + 170^oC для большего растворения карбидов и получения нужной твердости мартенсита приводит к увеличению размеров зерен в стали, следствием чего становится снижение пластичности и ударной вязкости. Понижение степени легирования аустенита всегда приводит к снижению его устойчивости - к более быстрому и полному распаду. Ускоренные нагревы до температуры на 130-170^oC выше A_Cl со скоростью 6-35 град/с и охлаждения в расплаве солей до 680-750^oC при термоциклировании позволяют снизить в аустените степень растворения легирующих элементов. После 2-4 кратного проведения таких нагревов и охлаждений формируется сверхмелкозернистая структура. Все это в конечном счете приводит к повышению прочности и пластичности стали, а отпуск при температуре 200-400^oC обеспечивает ее высокую твердость. Кроме того, в предлагаемом способе снижена длительность процесса за счет уменьшения времени выдержки при нижней температуре в цикле (с нескольких часов до 3-9 минут).

Повышение твердости и прочности при сохранении высокого уровня ударной вязкости позволяет повысить эксплуатационную стойкость штампов холодного деформирования.

Способ термоциклической обработки инструментальной стали осуществляется следующим образом. Берут образцы из стали Х12М, Х12Ф1 и подвергают нагреву до 960-1000^oC (выше A_Cl на 130-170^oC) со скоростью 6-35 град/с в расплаве хлористых солей. Затем их охлаждают до температуры 680-750^oC (ниже A_Cl) путем переноса в другой расплав смеси хлористых солей с выдержкой 3-9 минут при этой же температуре 680-750^oC. Затем их вновь нагревают до 960-1000^oC путем переноса в первый расплав солей, охлаждают до 680-750^oC переносом во второй расплав, выдерживают при этой температуре и т.д. После третьего нагрева до 960-1000^oC образцы охлаждают в масле или селитре (проводят закалку) с последующим отпуском при 200-400^oC.

Примеры осуществления способа термоциклической обработки инструментальной стали.

Пример конкретного выполнения предлагаемого способа. Берут образцы из сталей Х12М, Х12Ф1 и подвергают нагреву до 980^oC со скоростью 6-35 град/с в расплаве хлористых солей. Затем их охлаждают до температуры 730^oC путем переноса в другой расплав смеси хлористых солей с выдержкой 3-9 минут при этой же температуре 730^oC. Затем их вновь нагревают до 980^oC путем переноса в первый расплав солей, охлаждают до 730^oC переносом во второй расплав, выдерживают при этой температуре и т.д. После третьего нагрева до 980^oC охлаждают в масле (проводят закалку) с последующим отпуском при 200^oC.

Для получения сравнительных данных параллельно проводят термическую обработку по стандартной технологии: закалка от 1030^oC плюс отпуск при 200^oC [3].

Пример способа-прототипа.

Берут образцы из сталей Х12М, Х12Ф1 и подвергают четырехкратному нагреву до температуры 880^oC со скоростью 250-350^oC/мин в расплаве хлористых солей и охлаждению до температуры 590^oC путем переноса во второй расплав хлористых солей. После четвертого нагрева до 880^oC образцы охлаждают в масле (проводят закалку) и проводят отпуск при 200^oC. Результаты исследований приведены в таблице (см. таблицу в конце описания).

Как видно из таблицы, использование предлагаемого способа термоциклической обработки инструментальной стали позволяет повысить ударную вязкость более, чем в 2 раза по сравнению с традиционной закалкой при сохранении высокой твердости [3], а также повысить твердость и прочностные свойства стали при сохранении ударной вязкости и снизить длительность процесса по сравнению с термоциклической обработкой по режиму известного способа-прототипа. Улучшение комплекса механических свойств позволяет повысить эксплуатационную стойкость инструмента, особенно испытывающего динамические нагрузки.

Источники информации
1. Авторское свидетельство СССР N 1379322, кл. C 21 D 1/78. Способ термоциклической обработки углеродистой стали.

2. Патент РФ N 2078440, кл. C 21 D 1/78. Способ термоциклической обработки инструментальной стали (прототип).

3. Башнин Ю.А., Ушаков Б.К., Секей А.Г. Технология термической обработки стали. - М.: Металлургия, 1986. - с. 364-372.

4. Попов А.А., Попова Л.Е. Изотермические и термокинетические диаграммы распада переохлажденного аустенита. Справочник термиста. - М.: Металлургия, 1965. - с. 416-418.

Изобретение относится к области металлургии, а именно к термической обработке сталей при изготовлении инструмента и деталей машин в машиностроении. Осуществляют многократный нагрев образцов выше А_Cl на 130-170^oС со скоростью 6-35 град/с, охлаждение в цикле ниже А_Cl проводят в расплаве солей до температуры 680-750^oС с выдержкой при этой температуре 3-9 мин, охлаждение в масле после нагрева в последнем цикле с последующим отпуском ведут при температуре 200-400^oС. Указанные приемы над образцами обеспечивают снижение длительности процесса термоциклической обработки, повышение твердости и прочностных свойств при сохранении высокой ударной вязкости, а значит повышение эксплуатационной прочности инструмента при динамических нагрузках. 1 табл.

Способ термоциклической обработки инструментальной стали, включающий многократный нагрев выше A_С1, охлаждение в цикле ниже A_С1, охлаждение в масле после нагрева в последнем цикле с последующим отпуском, отличающийся тем, что многократный нагрев осуществляют выше A_С1 на 130 - 170^oC со скоростью 6 - 35 град/с, охлаждение в цикле проводят в расплаве солей до температуры 680 - 750^oC с выдержкой при этой температуре 3 - 9 мин, а отпуск ведут при температуре 200 - 400^oC.