Способ термической обработки быстрорежущей стали Советский патент 1992 года по МПК C21D9/22 

Изобретение относится к термической обработке изделий из быстрорежущей стали, преимущественно для тяжелонагруженного инструмента холодного выдавливания, и предназначено для использования в инструментальной, машиностроительной и автомобильной отраслях промышленности,

Известен способ упрочнения быстрорежущих сталей, включающий закалку с низким отпуском при 320-380°С в течение 1 ч и двукратным высокотемпературным отпуском при 540-560°С по 1 ч.

Недостатком способа являются недостаточно высокие прочностные свойства тер- мообработанной быстрорежущей стали, что снижает эксплуатационную стойкость инструмента.

Известен также способ термообработки изделий из быстрорежущей стали, согласно которому закалку проводят от 1130-1150°С, первый и четвертый отпуск при 400-420°С

по 1 ч, второй и третий отпуск при 560- 570°С по 1 ч.

Недостатком способа является недостаточно высокий предел текучести вследствие пониженной температуры закалки и наличия бейнита в структуре стали, что снижает эксплуатационную стойкость инструмента.

Наиболее близким по технической сущности к изобретению является режим термообработки, включающий закалку с температуры 1220+5°С и двукратный отпуск при 555±5 С по 1 ч.

К недостаткам способа можно отнести недостаточно высоким прочностные свойства (предел текучести при сжатии ,2 3150 МПа, твердость HRC 65,2 (HRC3 66),что снижает эксплуатационную стойкость инструмента, Указанные недостатки обусловлены недостаточно равномерным распределением карбидов М2С по объему зерна в процессе отпуска,

(Л

С

2 ю го о

00

Целью изобретения является повышение прочностных свойств,

Указанная цель достигается согласно способу термической обработки быстрорежущей стали, включающему закалку, на- греа, охлаждение и отпуск при 555+ 5°С, нагрев перед отпуском осуществляют при 4бО-480°С, охлаждение ведут на воздухе.

Кроме того, целесообразно нагрев до 460 480°С осуществлять с выдержкой в течение 1-2 ч.

При 4бО-480°С выделяется карбид М2зСб. Понижение температуры нагрева на 70-ЮО°С по сравнению с прототипом приводит к уменьшению путей диффузии и критического размера карбидного зародыша, что повышает плотность и однородность распределения карбида МгзСб в матрице, так как выделение происходит по всему объему зерна.

При 550-560°С в структуре быстрорежущей стали появляются карбиды типа МаС и МС. Они образуются на уже имеющихся карбидах М2зСе, изменяя их химический состав, но приобретая такие их свойства, как дисперсность и однородность распределения, .

Наличие в структуре высокодисперсной и равномерно распределенной в матрице карбидной фазы, которая эффективно тормозит дислокации, повышает твердость, сопротивление пластической деформации и прочность быстрорежущей стали.

Остаточный аустенит закаленных сталей характеризуется высокой легированно- стью и низкими температурами начала (Мн) и конца (Мк) мартенситного превращения. При нагреве до 460-480°С в аустените зарождаются карбидные частицы, когерентно связанные с матрицей и равномерно в ней распределенные. В процессе отпуска при 550-560°С эти выделения являются предпочтительными системами образования карбидов МС и МаС.

В процессе изотермической выдержки в течение 1-2 ч после нагрева до 460-480°С остаточный аустенит обедняется углеродом и легирующими элементами, происходит срыв когерентности и выделение карбидов, точки Мн и Мк повышаются и после отпуска при 550-5бО°С происходит полное превращение остаточного аустенита и повышение твердости стали.

В процессе изотермической выдержки большинство выделяющихся из мартенсита и аустенита карбидов выравниваются по химическому составу и дорастают до критического размера, что повышает число возможных центров кристаллизации, а в конечном счете после отпуска при 550560°С - дисперсность и равномерность распределения карбидов МаС, МС. т.е. прочность стали.

На фиг.1 и 2 изображена схема предлагаемого режима термической обработки быстрорежущей стали; на фиг.З - схема режима термической обработки, описанного в известном способе.

По предлагаемому способу в процессе

термической обработки быстрорежущей стали целесообразно провести закалку инструмента в масле от температур 1220 + 5°С, затем нагреть до 460-480 °С, выдержать 1-2 ч и охладить на воздухе, после чего отпуекать при 555 ± 5°С в течение 1 ч.

Предлагаемый способ может быть реализован при использовании печей-ванн для закалки (с BaCte) и отпуска (с ШОз) быстрорежущих сталей.

Так, например, для осуществления способа из быстрорежущей стали Р6М5 химического состава, мае %: С 0,80; W 6,03; Мо 4,83; Cr4,37; V2,0, изготовлен пуансон, предназначенный к эксплуатации в процессе холодного выдавливания, с диаметром рабочей поверхности 26 мм.

Пуансон подогревают 15 мин при 800°С в печи с защитной атмосферой, затем прогревают до 1220°С в ВаС12 ванне, выдерживают 3 мин, после чего проводят закалку в масло.

Закаленный пуансон помещают в печь- ванну с КМОз при 470°С, выдерживают 4 мин до полного прогрева и охлаждают на

воздухе. Параллельно с охлаждением пуансона до комнатной температуры печь-ванну с КЫОз разогревают до 560°С. Затем туда погружают пуансоны и выдерживают 1 ч, поело чего охлаждали на воздухе (фиг.1).

Из цилиндрических образцах диаметром 10 мм и высотой 15 мм определяют предел текучести при сжатии и твердость, которые после указанной термообработки составляют 3300 МПа и 66,5%HRC3 соответственно.

Для осуществления способа термической обработки закалку пуансона проводят в аналогичных условиях, после нагрева до 470°С (4 мин) делают изотермическую выдержку 1 ч, затем пуансон охлаждают на воздухе.

Условия проведения последующего отпуска при 560°С аналогичны описанному, Предел текучести при сжатии стали Р6М5 и

твердость после термообработки составляют 3350 МПз и 67 HRC3 соответственно.

Результаты испытаний даны в таблице (температура закалки пуансонов из стали Р6М5 1225 °С).

Из таблицы видно, что наиболее высокие значения твердости и предела текучести при сжатии стали P6MI5 получаются при дополнительном нагреве 460-480°С и продолжительности изотермической выдержки 1-2 ч.

В результате использования предлагаемого способа предел текучести при сжатии достиг 3300 МПа, твердость 67 HRC9. Повышение прочностных свойств приводит к повышению эксплуатационной стойкости инструмента.

Изобретение в сравнении с прототипом обеспечивает повышение предела текучести быстрорежущей стали Р6М5 на 6 % (от 3150 до 3350 МПа), твердости на 2% (от 66 до 67 НРСэ). Повышается эксплуатационная стойкость инструмента, например пуансонов холодного выдавливания из стали Р6М5, предназначенных для штамповки втулок из стали 15Х, в 1,5-2 раза вследствие повышения прочностных свойств.

Изобретение представляет большой интерес для народного хозяйства, так как позволяет за счет повышения эксплуатационной стойкости инструмента сократить расход дорогостоящей и дефицитной быстрорежущей стали, не оказывает отрицательного воздействия на состояние окружающей среды.

Формула изобретения 1. Способ термической обработки быстрорежущей стали, включающий закалку, нагрев, охлаждение и отпуск при 555 + 5°С, отличающийся тем, что, с целью повышения прочностных свойств, нагрев перед отпуском осуществляют до 460- 480°С, охлаждение ведут на воздухе.

2. Способ по п.1,отличающийся 20 тем. нагрев до 460-480°С осуществляют с выдержкой в течение 1-2 ч.

№

Sf

3 15

ш

SO 90 155 165 дрем 6б/0е/ жх(/, ш#

Фиг. 2

Использование: изобретение относится к термической обработке быстрорежущей стали. Сущность способа: быстрорежущую сталь подвергают закалке, затем ведут нагрев до 460-480°С без выдержки, охлаждают на воздухе и осуществляют отпуск при 550-560°С. 1 табл.3 ил.