ИНСТРУМЕНТ ИЗ БЫСТРОРЕЖУЩЕЙ СТАЛИ МАРКИ Р18 Российский патент 2007 года по МПК B23D13/00 B23B27/00 B23B51/00 B23C5/00 B23G5/00 C21D1/09 C21D9/22 C22C38/24 

Изобретение относится к области машиностроения и может быть использовано для холодной и горячей механической обработки различных материалов, преимущественно металлов и их сплавов, и может быть выполнено в виде различного типа резцов, фрез, сверл, метчиков и т.д.

Известен инструмент, изготовленный из быстрорежущей вольфрамовой стали Р9 [1]. Недостатком инструмента, изготовленного из стали Р9, является ухудшение шлифуемости: возникновение при шлифовании прижогов и налипания обрабатываемого металла на инструмент.

Наиболее близким к заявляемому инструменту является инструмент, изготовленный из быстрорежущей вольфрамовой стали Р18 [2]. Недостатком инструмента из стали Р18 является большое содержание карбидов в стали, что приводит к меньшим значениям прочности и пластичности по сравнению со сталями с меньшим содержанием вольфрама.

Заявляемое изобретение направлено на увеличение прочности и уменьшение хрупкости быстрорежущей стали Р18 и, тем самым, на увеличение срока службы инструмента, изготовленного из нее.

Указанный результат достигается тем, что в инструменте, изготовленном из быстрорежущей стали марки Р18, содержащей α-фазу - мартенсит α-Fe, легированный хромом и вольфрамом - Fe₄₈CrW (ОЦК), γ-фазу - аустенит γ-Fe, легированный хромом и вольфрамом Fe₄₈CrW (ГЦК), и карбид быстрорежущей стали Fe₃W₃C, концентрация аустенита составляет не более 4,4 мас.%, концентрация мартенсита - не менее 84,3 мас.%, а концентрация Fe₃W₃C остается практически неизменной.

Отличительными признаками заявляемого изобретения являются:

- выбор концентрации аустенита, не превышающей 4,4 мас.%;

- выбор концентрации мартенсита не меньше 84,3 мас.%;

- сохранение практически неизменной концентрации карбида быстрорежущей стали.

Экспериментально установлено, что концентрация γ-фазы железа - аустенита γ-Fe, легированного хромом и вольфрамом - Fe₄₈CrW, реализуемая в заявляемом инструменте и равная 4,4 мас.%, в 3,25 раза меньше концентрации γ-фазы в базовом инструменте.

Эта концентрация является минимально достижимой под воздействием ионизирующей радиации в условиях наших опытов. Концентрации γ-фазы, большие 4,4 мас.% и реализуемые при других режимах ионизирующей радиации, приводят к меньшему увеличению прочности по сравнению с базовым инструментом. Поэтому их применение в заявляемом инструменте нецелесообразно.

Экспериментально установлено, что концентрация α-фазы - мартенсита α-Fe, легированного хромом и вольфрамом - Fe₄₈CrW, реализуемая в заявляемом инструменте и равная 84,3 мас.%, на 16% больше концентрации α-фазы в базовом инструменте.

Эта концентрация является максимально достижимой под воздействием ионизирующей радиации в условиях наших опытов. Концентрации α-фазы, меньшие 84,3 мас.% и реализуемые при других режимах ионизирующей радиации, приводят к меньшему увеличению прочности по сравнению с базовым инструментом. Поэтому их применение в заявляемом инструменте нецелесообразно.

Экспериментально установлено, что концентрация карбида быстрорежущей стали Fe₃W₃С практически не изменяется под действием ионизирующей радиации и остается равной около 11-12 мас.%.

Сущность заявляемого изобретения поясняется нижеследующим описанием.

Инструмент представляет собой единое целое и не имеет движущихся частей, поэтому работа инструмента не описывается и чертежи, поясняющие работу инструмента, не приводятся.

Аустенит γ-Fe, легированный хромом и вольфрамом - Fe₄₈CrW (γ-фаза), имеющий гранецентрироваанную кубическую решетку, необходим при закалке изделий из быстрорежущих сталей [3], но после закалки он оказывает на инструмент лишь отрицательное действие, уменьшая срок его службы. Обычно концентрацию аустенитов стали после закалки изделий, изготовленных из нее, уменьшают путем многократных отжигов (отпуск стали). Эти отжиги ухудшают свойства закаленной стали.

Экспериментально установлено, что воздействие проникающей радиации на инструмент, изготовленный из стали Р18, уменьшает концентрацию аустенита в ней, который переходит в мартенсит.

Проверка достижения заявленного технического результата осуществлялась следующим образом. Базовые образцы из быстрорежущей стали Р18 и образцы из стали Р18, подвергнутые радиационной обработке, исследовались методом рентгеновской дифрактометрии. Фазовый состав стали определялся при помощи программ PHAN и PHAN% [4].

Пример

Образцы цилиндрической формы (диски) диаметром 20 мм и толщиной 5 мм после термообработки (закалки и отпуска) облучались со стороны одного из плоских оснований проникающей радиацией. Образцы, как необлученный (базовый), так и облученные, исследовались методом рентгеновской дифрактометрии. Результаты экспериментов представлены в таблице.

Из таблицы ясно, что, благодаря радиационной обработке, концентрация остаточного аустенита уменьшается в 3,25 раза. Аустенит переходит в мартенсит, поэтому в условиях опыта концентрация мартенсита увеличивается на 16%. Концентрация карбида быстрорежущей стали с учетом ошибок измерений не изменяется в результате облучения.

Таблица
Концентрации (мас.%) мартенсита, аустенита и карбида быстрорежущей стали Fe₃W₃С в образцах быстрорежущей стали марки Р18 в необлученном образце и образце, подвергнутом воздействию проникающей радиацииФазаНеоблученный образецОблученный образецα-фаза72,7±5,384,3±4,0γ-фаза14,3±1,34,4±0,5Fe₃W₃C13,0±1,111,3±0,6

Столь заметное уменьшение концентрации остаточного аустенита безусловно уменьшает хрупкость инструмента, изготовленного из стали Р18, хотя точную оценку величины уменьшения трудно дать, исходя из представленных данных. Увеличение срока службы инструмента, изготовленного из стали Р18 и подвергнутого радиационной обработке, благодаря переходу аустенита в мартенсит, необходимо определять экспериментально.

Источники информации

1. Геллер Ю.Г. Инструментальные стали. М.: Металлургия, 1968. - 568 с. - С.354-355.

2. Геллер Ю.Г. Инструментальные стали. М.: Металлургия, 1968. - 568 с. - С.353 (прототип).

3. Геллер Ю.Г. Инструментальные стали. М.: Металлургия, 1968. - 568 с. - С.178-188.

4. Шелехов Е.В., Свиридова Т.А. Программы для рентгеновского анализа поликристаллов // Металловедение и термическая обработка металлов. - 2000. - №8. - С.16-19.

Изобретение относится к области машиностроения и может быть использовано для холодной и горячей механической обработки различных материалов, преимущественно металлов и их сплавов. Инструмент из быстрорежущей стали Р18 может представлять собой резец, фрезу, сверло, метчик и т.д. Инструмент, выполненный из быстрорежущей стали марки Р18, содержащей α-фазу - мартенсит α-Fe, легированный хромом и вольфрамом, γ-фазу - аустенит, легированный хромом и вольфрамом, и карбид быстрорежущей стали Fe₃W₃C. Концентрация аустенита составляет не более 4,4±0,5 мас.%, концентрация мартенсита - не менее 84,3±4,0 мас.%, а концентрация Fe₃W₃C - 11,3±0,6 мас.%. Увеличивается прочность и уменьшается хрупкость инструмента. Увеличивается срок службы инструмента. 1 табл.

Инструмент, выполненный из быстрорежущей стали марки Р18, содержащей α-фазу - мартенсит α-Fe, легированный хромом и вольфрамом, γ-фазу - аустенит, легированный хромом и вольфрамом, и карбид быстрорежущей стали Fe₃W₃C, отличающийся тем, что концентрация аустенита составляет не более (4,4±0,5) мас.%, концентрация мартенсита - не менее (84,3±4,0) мас.%, а концентрация Fe₃W₃C - (11,3±0,6) мас.%.