СПОСОБ ЦЕМЕНТАЦИИ БЫСТРОРЕЖУЩЕЙ СТАЛИ В ТВЕРДОМ КАРБЮРИЗАТОРЕ Российский патент 2010 года по МПК C23C8/66 

Изобретение относится к металлургии, в частности к химико-термической обработке стальных изделий из быстрорежущих сталей, и может найти применение в сталеинструментальной, машиностроительной и других отрослях промышленности для снижения коэффициента линейного расширения (КЛР).

Известен способ цементации в твердом карбюризаторе, включающий нагрев стальных деталей до температуры обработки и выдержку при этой температуре в твердом карбюризаторе, причем в качестве карбюризатора используется смесь на основе древесного угля, содержащую, вес.%:

карбонат бария 20-25 карбонат кальция 3,5-5 древесный уголь остальное [1].

Наиболее близким к предлагаемому является способ цементаци в твердом карбюризаторе, включающий нагрев до температуры насыщения, выдержку при этой температуре, причем во время выдержки в твердый карбюризатор подают 5-20-ный водный раствор нитрата магния или нитрата алюминия, или их смеси со скоростью 0,25-1 мл на 100 г карбюризатора в 1 ч [2].

Недостатком известных способов является то, что они не обеспечивают необходимое снижение КЛР, указывающего на эксплуатационную стойкость инструмента и возможность применения быстрорежущих материалов.

Задачей изобретения является снижение коэффициента линейного расширения быстрорежущих сталей в интервале температур испытания 100 -700°С.

Поставленная задача достигается тем, что в способе цементации быстрорежущей стали в твердом карбюризаторе, включающем нагрев до температуры насыщения и выдержку при этой температуре, во время выдержки проводят подачу 20-25%-ого водного раствора уксусной кислоты со скоростью 0,25-1,0 мл раствора на 100 г карбюризатора в 1 ч и охлаждение на воздухе.

Использование такой химико-термической обработки позволяет снизить КЛР до необычно низких значений за счет интенсификации процессов диффузии. Эта термообрабока снижает КЛР при температурах испытания 100-700°С, что важно для быстрорежущих сталей, работающих при высоких температурах, где процессы разупрочнения инструмента и коэффициент линейного расширения должны быть минимальны.

Заявляемая концентрация водного раствора уксусной кислоты и скорость его подачи в карбюризатор являются оптимальными для достижения поставленной задачи, т.к. при увеличении или изменении их значений дальнейщее снижение КЛР не происходит.

Способ осуществляется следующим образом:

Сверла ⌀ 3 мм производства ООО «Томский инструментальный завод», изготовленные из стали Р6М5, подвергают цементации в бондюжском карбюризаторе в течение 1 ч при температуре 930-950°С. После достижения температуры цементации через специальные отверстия в контейнере подается водный раствор уксусной кислоты. После выдержки 1 час проводилось охлаждение на воздухе. Цементованные образцы подвергались нагреву при 1000°С в течение 10 мин и последующему охлаждению в масло до 60-80°С. Определение коэффициента линейного расширения на дилатометре фирмы «Шевенар» предусматривало использование образцов в интервале (t_исп)≈50-700°С. Параллельно определялся коэффициент линейного расширения таких же сверл после цементации по известному способу (прототипу).

В таблице и на чертеже показаны примеры осуществления предлагаемого способа в сравнении с известным. Как видно из проведенных в таблице и на чертеже результатов, эффективность предложенного способа химико-термической обработки быстрорежущей стали выше по сравнению с известным способом.

Предлагаемый способ химико-термической обработки может быть использован на металлургических и машиностроительных заводах для повышения свойств режущего инструмента и на предприятиях приборного машиностроения для улучшения свойств прицезионных сплавов.

Режимы химико-термической обработки Коэффициент линейного расширения, α·10^-6 град^-1   50 100 150 200 250 300 350 400 450 500 550 600 650 700 Известный:                             Без нагрева 9,17 10,51 11,21 11,97 12,36 12,95 13,12 13,85 14,34 13,76 13,48 12,90 12,83 12,65 1. Цементация в твердом карбюризаторе с добавками водного раствора                             а) 5%-ого раствора нитрата магния со скоростью 0,25 мл на 100 г карбюризатора в час 8,91 9,51 10,02 10,48 10,48 11,10 12,41 12,85 13,74 13,76 13,48 13,09 12,78 12,00 б) 5%-ого раствора смеси 3:2 нитрата алюминия и нитрата магния со скоростью 0,75 мл на 100 г карбюризатора в час 8,93 9,57 11,00 11,49 10,54 11,34 12,62 12,71 13,38 13,41 13,41 12,99 12,58 12,01 Предлагаемый:                             Без нагрева 9,17 10,51 11,21 11,97 12,36 12,95 13,12 13,85 14,34 13,76 13,48 12,90 12,83 12,65 2. Цементация в твердом карбюризаторе с добавками водного раствора уксусной кислоты                             а) 20%-ого раствора со скоростью 0,25 мл на 100 г карбюризатора в час 8,01 9,40 9,52 9,68 9,68 9,75 11,41 11,73 12,71 12,02 12,09 12,65 8,89 8,76 б) 25%-ого раствора со скоростью 1 мл на 100 г карбюризатора в час 7,55 7,81 7,82 9,48 9,48 9,56 10,42 10,71 10,74 10,20 9,89 9,81 6,75 6,76

Источники информации.

1. Справочник металлиста. Т.2/ Под ред. А.Г.Рахштадта, В.А.Бромстрема.- М.: Машиностроение, - 1976. - С.328.

2. А.с. 939592 МКл.² С23С 9/06. Способ цементации в твердом карбюризаторе / В.К.Афанасьев, Г.Т.Коровин, М.А.Демчинко и др. Заявка №2998620/22 от 24.10.80. Опубл. 30.06.82. Бюл. №24.

Изобретение относится к металлургии, в частности к химико-термической обработке стальных изделий из быстрорежущих сталей. Способ цементации быстрорежущей стали в твердом карбюризаторе включает нагрев до температуры насыщения, выдержку при этой температуре с подачей 20-25%-ого водного раствора уксусной кислоты со скоростью подачи 0,25-1,0 мл раствора на 100 г карбюризатора в 1 час и охлаждение на воздухе. Снижается коэффициент линейного расширения. 1 ил., 1 табл.

Способ цементации быстрорежущей стали в твердом карбюризаторе, включающий нагрев до температуры насыщения, выдержку при этой температуре с подачей 20-25%-ного водного раствора уксусной кислоты со скоростью подачи 0,25-1,0 мл раствора на 100 г карбюризатора в 1 ч и охлаждение на воздухе.