ИНСТРУМЕНТ ИЗ БЫСТРОРЕЖУЩЕЙ СТАЛИ МАРКИ Р6М5 Российский патент 2007 года по МПК C21D1/09 C21D9/22 C22C38/24 

Изобретение относится к области машиностроения и может быть использовано для холодной и горячей механической обработки различного типа инструмента: резцов, фрез, сверл, метчиков и т.д.

Известен инструмент, изготовленный из быстрорежущей вольфрамовой стали Р18 [1].

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.

Наиболее близким к заявляемому инструменту является инструмент, изготовленный из быстрорежущей вольфрамомолибденовой стали Р6М5 [2]. Быстрорежущая сталь Р6М5 лишена недостатков быстрорежущей стали Р18. Однако в случае тяжелых условий резания ее прочность также оказывается недостаточной.

Техническим результатом изобретения является увеличение прочности и уменьшение хрупкости быстрорежущей стали Р6М5 и тем самым увеличение срока службы инструмента, изготовленного из нее.

Указанный результат достигается тем, что в инструменте, изготовленном из быстрорежущей стали марки Р6М5, содержащей α-фазу - мартенсит α-Fe, легированный хромом, вольфрамом и молибденом, γ-фазу - аустенит γ-Fe, легированный хромом, вольфрамом и молибденом, карбид быстрорежущей стали Fe₆Mo₃W₃C₂ и карбид ванадия VC, концентрация аустенита составляет не более 2,0±0,6 мас.%, концентрация мартенсита - не менее 85,2±4,0 мас.%, Fe₆Mo₃W₃C₂ - 8,9±0,5 мас.%, VC - 2,8±0,5 мас.%.

Отличительными признаками заявляемого изобретения являются:

- выбор концентрации аустенита, не превышающей 2,0±0,6 мас.%;

- выбор концентрации мартенсита не меньше 85,2±4,0 мас.%;

- выбор концентрации карбидов Fe₆Mo₃W₃C₂ - 8,9±0,5 мас.%, VC - 2,8±0,5 мас.%.

Экспериментально установлено, что концентрация γ-фазы железа - аустенита γ-Fe, легированного хромом, вольфрамом и молибденом - Fe₉₆Cr₂WMo, реализуемая в заявляемом инструменте и равная 2,0±0,6 мас.%, в 4,25 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 2,0±0,6 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, вольфрамом и молибденом - Fe₉₆Cr₂WMo, реализуемая в заявляемом инструменте и равная 85,2 массовых процентов, на 7,3 процентов больше концентрации α-фазы в базовом инструменте.

Эта концентрация является максимально достижимой под воздействием ионизирующей радиации в условиях наших опытов. Концентрации α-фазы, меньшие 85,2 массовых процентов 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 суммарная концентрация карбида быстрорежущей стали Fe₆W₃Mo₃C₂ и карбида ванадия VC практически не изменяется под действием ионизирующей радиации и остается равной около 12 массовых процентов.

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 и молибденом - Fe₉₆W₃Mo₃C₂ (γ-фаза), имеющий гранецентрированную 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 аустенита стали после закалки изделий, изготовленных из нее, уменьшают путем многократных отжигов (отпуск стали). Эти отжиги ухудшают свойства закаленной стали.

Нами экспериментально установлено, что воздействие проникающей радиации на инструмент, изготовленный из стали Р6М5, уменьшает концентрацию аустенита в ней, который переходит в мартенсит.

Проверка достижения заявленного технического результата осуществлялась следующим образом. Базовые образцы из быстрорежущей стали Р6М5 и образцы из стали Р6М5, 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 1.

Из таблицы 1 ясно, что благодаря радиационной обработке концентрация остаточного аустенита уменьшается в 4,25 раза. Аустенит переходит в мартенсит, поэтому в условиях опыта концентрация мартенсита увеличивается на 7,3%. Концентрация карбида быстрорежущей стали с учетом ошибок измерений не изменяется в результате облучения.

Таблица 1
Концентрации (в массовых процентах) мартенсита, аустенита, карбида быстрорежущей стали Fe₆W₃Mo₃C₂ и карбида ванадия VC в образцах быстрорежущей стали марки Р6М5 в необлученном образце и образце, подвергнутом воздействию проникающей радиацииФазаНеоблученный образецОблученный образецα-фаза79,4±4,085,2±4,0γ-фаза8,5±0,72,0±0,6Fe₆Mo₃W₃C₂8,3±0,58,9±0,5VC3,8±0,52,8±0,5

Столь заметное уменьшение концентрации остаточного аустенита безусловно уменьшает хрупкость инструмента, изготовленного из стали Р6М5, хотя точную оценку величины уменьшения трудно дать исходя из представленных данных. Увеличение срока службы инструмента, изготовленного из стали Р6М5 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.348-361.

2. Геллер Ю.Г. Инструментальные стали. М.: Металлургия, 1968. - 568 с. - С.362-368 (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 различного типа инструмента: резцов, фрез, сверл, метчиков и т.д. Для увеличения срока службы инструмента, изготовленного из быстрорежущей стали марки Р6М5, содержащей α-фазу - мартенсит α-Fe, легированный хромом, вольфрамом и молибденом, γ-фазу - аустенит, легированный хромом, вольфрамом и молибденом, карбид быстрорежущей стали Fe₆Mo₃W₃C₂ и карбид ванадия VC, концентрация аустенита составляет не более 2,0±0,6 мас.%, концентрация мартенсита - не менее 85,2±4,0 мас.%, Fe₆Mo₃W₃C₂ - 8,9±0,5 мас.%, VC - 2,8±0,5 мас.%. 1 табл.

Инструмент из быстрорежущей стали марки Р6М5, содержащий α-фазу мартенсит α-Fe, легированный хромом, вольфрамом и молибденом, γ-фазу - аустенит, легированный хромом, вольфрамом и молибденом, карбид быстрорежущей стали Fe₆Mo₃W₃C₂ и карбид ванадия VC, отличающийся тем, что концентрация аустенита составляет не более 2,0±0,6 мас.%, концентрация мартенсита не менее 85,2±4,0 мас.%, Fe₆Mo₃W₃С₂ 8,9±0,5 мас.%, VC 2,8±0,5 мас.%.