СПОСОБ УПРОЧНЕНИЯ ЛИТОГО РЕЖУЩЕГО ИНСТРУМЕНТА ИЗ БЫСТРОРЕЖУЩЕЙ СТАЛИ Российский патент 2001 года по МПК C23C12/00 C23F17/00 

Изобретение относится к химико-термической обработке, преимущественно к упрочнению литого режущего инструмента из быстрорежущей стали для повышения износостойкости и теплостойкости поверхностных слоев.

Известен способ химико-термической обработки литой быстрорежущей стали, заключающийся в борировании в расплаве следующего состава (мас.%) Na₂B407 34-38; NaF 15-25; B₄C 30-45; стеариновая кислота - 3-5. Ti - 2-3 (см. А.С. СССР N 1322111 "Состав для борирования стальных изделий"). Борирование производится в расплаве указанного состава при температуре 950-1000^oC с выдержкой 4-6 часов. Далее производится термическая обработка, заключающаяся в закалке и отпуске при температуре 560^oC три раза но одному часу. Толщина борированного слоя составляет 0,08-0,12 мм. Упрочняющие фазы на поверхности составляют бориды FeB и Fe₂B.

Недостатками инструмента, упрочненного с использованием данного способа, является трудоемкость способа и хрупкость упрочненных слоев, которая способствует выкрашиванию режущих кромок инструмента.

Известен также способ газового титанирования с использованием порошка титана (см. "Химико-термическая обработка металлов и сплавов". Справочник под редакцией Л.С. Ляховича, Москва, "Металлургия", 1981 г.). Спеченные твердосплавные пластинки предварительно подвергаются цементации при температуре 950-1000^oC в течение 0,5-1,0 час. Далее пластинки упаковываются в муфеле с порошком титана и сверху наполняются активированным углем. Насыщение производится при температуре 1050^oC в течение 4 часов, охлаждение в муфеле, на воздухе. После такой обработки на поверхности образуется тонкий слой из карбидов титана толщиной 3-6 мкм. Микротвердость покрытий на спеченных твердых сплавах не превышает H_μ 28000 МПа.

Недостатками этого способа являются трудоемкость технологических операций цементации и титанирования и хрупкость поверхностных слоев, которые выходят из строя из-за выкрашиваний.

Ближайшим аналогом заявленного способа является способ упрочнения режущего инструмента из быстрорежущей стали, включающий цементацию в течение 7-8 часов, насыщение из обмазки, содержащей, мас.%: ферротитан 70, окись алюминия 27, хлористый аммоний 3, при 1050 - 1180^oC в течение 5-6 часов и последующую термообработку - отжиг в среде твердого карбюризатора при 840 - 850^oC в течение 4 часов, нагрев под закалку в соляной ванне до 860 - 880^oC, закалка путем охлаждения режущей части инструмента в воде, а хвостовой - в масле (SU 1516507 A, 23.10.89, МПК⁴ C 23 C 12/00, формула, с.1, аб. 3 описания).

Техническим результатом заявленного изобретения является повышение износостойкости и теплостойкости поверхностных слоев режущего инструмента.

Задачей настоящего изобретения является повышение эффективности литого инструмента из быстрорежущей стали за счет уменьшения хрупкости режущих кромок инструмента и затрат на упрочнение.

Поставленная задача достигается тем, что способ упрочнения литого режущего инструмента из быстрорежущей стали включает насыщение из обмазки, содержащей ферротитан, карбид бора, краснокровяную соль и хлористый аммоний при следующем соотношении компонентов, мас.%:
Ферротитан - 50 - 60,
Карбид бора - 20 - 30,
Краснокровяная соль - 15 - 25,
Хлористый аммонии - 2 - 3
и последующую термообработку - трехкратный отпуск совместно с сульфидированием в герметичном муфеле в среде сульфата натрия при 550 - 570^oC в течение одного часа.

Режущие пластинки отливаются по выплавляемым моделям. Химический состав стали составляет в %: C - 0,84; W - 6,2; Mo - 5,4; Cr - 3,9 и V - 2,1, что соответствует стали Р6М5. После вырубки и очистки пластинки шлифуются и затачиваются с припусками 0,1 мм для окончательной обработки после цементации. Цементацию проводят в муфеле в среде древесного активированного угля при температуре 980 - 1020^oC в течение 1,5 часа, охлаждение с муфелем на воздухе. Далее пластинки затачивают и шлифуют на окончательные размеры и обезжиривают в уайт-спирите или бензине и подвергают насыщению в обмазке. Состав обмазки содержит следующие ингредиенты (в мас.%):
Ферротитан - 50 - 60
Карбид бора - 20 - 30
Краснокровяная соль - 15 - 25
Хлористый аммоний - 2 - 3
Все эти ингредиенты разводят в этилсиликате до получения густой сметанообразной пасты. Полученную пасту наносят на шлифованные части пластинок слоем 2-5 мм и просушивают на воздухе до получения твердой корки. Подготовленные пластинки нагревают токами высокой частоты до 1180-1250^oC с выдержкой в течение 3-5 мин и охлаждением с подстуживанием в масле при 60-80^oC. Отпуск пластинок производят троекратно в муфеле в среде сульфата натрия с засыпкой древесного угля при 550-570^oC в течение одного часа.

После такой обработки на поверхности пластинок образуется тонкий слой толщиной 3-5 мкм сульфида железа, играющий роль твердой смазки, а под ним - слой толщиной 10-15 мкм, состоящий из карбидов и нитридов титана, боридов железа. Микротвердость на поверхности не превышает 21500 МПа вследствие малой толщины слоя и частичного его продавливания, т.к. карбиды и нитриды титана обладают значительно более высокой твердостью.

Ускоренные стойкостные испытания пластин проводили при точении стали 50, скорости резания 90 м/мин, глубине резания 1,0 мм, подаче 0,08 мм/об. Критерием стойкости выбрано машинное время в минутах до катастрофического износа.

Как следует из приведенных в таблице данных, предлагаемый способ для упрочнения литого инструмента из быстрорежущей стали Р6М5 в процессе резания (упрочненных по режимам 2-9) обеспечивает в сравнении с пластинками из кованной быстрорежущей стали (режим 11) повышение стойкости в 4,5 и более раза в сравнении с пластинками из твердого сплава ВК8 (режим 12) уступают на 10-15%.

При использовании пасты с содержанием компонентов для упрочнения пластин по предлагаемому способу за заявленными пределами (составы 1 и 10) стойкость режущего инструмента снижается.

Способ упрочнения литого режущего инструмента из быстрорежущей стали включает насыщение из обмазки, содержащей, мас.%: ферротитан 50 - 60, карбид бора 20 - 30, краснокровяная соль 15 - 25, хлористый аммоний 2 - 3, и последующий трехкратный отпуск совместно с сульфидированием в герметичном муфеле в среде сульфата натрия при 550-570 °С в течение 1 ч. Перед насыщением из обмазки инструмент шлифуют, затачивают и подвергают цементации при 980 - 1020^oС с выдержкой в течение 1,5 ч и охлаждением вместе с муфелем, состав обмазки разводят в этилсиликате до получения сметанообразной пасты, а в качестве ферротитана используют FeTi-75. При этом после нанесения пасты на поверхность инструмента и сушки производят нагрев в индукторе с токами высокой частоты при 1180 - 1250^oС с выдержкой в течение 3 - 5 мин и охлаждение с подстуживанием в масле при температуре 60 - 80^oС. Способ позволяет повысить теплостойкость и износостойкость поверхностных слоев режущего инструмента. 4 з.п. ф-лы, 1 табл.

1. Способ упрочнения литого режущего инструмента из быстрорежущей стали, включающий насыщение из обмазки, содержащей ферротитан и хлористый аммоний, и последующую термообработку, отличающийся тем, что насыщение проводят из обмазки, дополнительно содержащей карбид бора и краснокровяную соль, при следующем соотношении компонентов, мас.%:
Ферротитан - 50-60
Карбид бора - 20-30
Краснокровяная соль - 15-25
Хлористый аммоний - 2-3
а в качестве термообработки проводят трехкратный отпуск совместно с сульфидированием в герметичном муфеле в среде сульфата натрия при 550-570°С в течение 1 ч. 2. Способ по п.1, отличающийся тем, что в качестве ферротитана используют FeTi-75. 3. Способ по п.1 или 2, отличающийся тем, что перед насыщением из обмазки инструмент шлифуют, затачивают и подвергают цементации при 980-1020°С с выдержкой в течение 1,5 ч и охлаждением вместе с муфелем. 4. Способ по любому из пп.1-3, отличающийся тем, что указанный состав обмазки разводят в этилсиликате до получения сметанообразной пасты. 5. Способ по любому из пп.1-4, отличающийся тем, что после нанесения пасты на поверхность инструмента и сушки производят нагрев в индукторе с токами высокой частоты при 1180-1250°С с выдержкой в течение 3-5 мин и охлаждение с подстуживанием в масле при температуре 60-80°С.