Способ закалки быстрорежущей стали Советский патент 1993 года по МПК C21D9/22 

Изобретение относится к термической обработке металлов и может быть использовано при термоупрочнении инструмента, изготовленного из быстрорежущих сталей.

Известен способ закалки деталей, изготовленных из высоколегированных марок сталей, позволяющей вести процесс интенсивного охлаждения в мартенситном интервале без опасения образования закалочных трещин. Суть способа заключается в том, что процесс интенсивного охлаждения ведут до момента достижения максимальных сжимающих напряжений на поверхности закаливаемых деталей, соответствующих оптимальной глубине закаленного слоя, после чего осуществляется изотермическая выдержка при температуре начала мартен- ситного превращения до полного распада

переохлажденного аустенита в центральных слоях.

Недостаток этого способа в том, что недостаточно термоупрочняется сердцевина. Общим недостатком рассмотренных способов является то, что при одноразовой закалке не могут быть достигнуты достаточно высокие механические свойства металла, что снижает стойкость и работоспособность инструмента.

Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности и достигаемому результату является способ термической обработки быстрорежущей стали, включающий циклический 3 - 5-кратный нагрев и охлаждение, причем последний нагрев до верхней температуры термоцйклирования совмещают с нагревом под закалку по стандартному режиму, отличающийся тем, что с

vj 00

оо

о J

СП

целью-повышения прочности, твердости и красностойкости, нагрев в первом цикле проводят до температуры, закалки, охлаждение до A-I - (210...215°С), а обработку в последующих циклах проводят в интервале АС1 - (2Ю...215°С) Асз + (35...40°С) (2).

Недостаток прототипа состоит в том, что многоцикловый нагрев и охлаждение осуществляется путем многократного прохождения только через критические точки АС1 и Асз. При этом не используются возможности многократного прохождения через область мартенситных превращений, способствующая повышению механических свойств металла за счет измельчения зерна и создания высокой плотности дислокаций в материале.

Многократная закалка с образованием мартенсита не используется по той простой причине, что в условиях интенсивного охлаждения наблюдается образование закалочных трещин.

Для устранения трещинообразования в условиях интенсивного охлаждения и повышения долговечности работы инструмента предложен способ закалки быстрорежущих сталей, включающий циклический многократный нагрев и охлаждение, отличающийся тем, что для изделий простой конфигурации на всех этапах охлаждения осуществляют в жидкой среде до конца пузырькового кипения со скоростью

0,253(1-10 а(Т-Тк) КV К

причем на первом и последнем этапах изделия охлаждают, поддерживая температуру пристенного кипящего слоя на уровне 120...350°С, на промежуточном этапе изделие охлаждают от температуры АСз+ +(20...40°С), поддерживая температуру при- стенного кипящего слоя на уровне 100...120°С, причем для изделий простой формы охлаждение ведут -от стандартной температуры нагрева под закалку, а для изделий сложной формы от температуры на 40 - 60°С ниже стандартной.

Предложенный способ термической обработки стальных изделий позволяет повысить стойкость инструмента и устранить возможность образования закалочных трещин в условиях ийтенсивного охлаждения.

Ниже излагается сущность предложенного способа на примере многократной закалки быстрорежущих сталей.

На первом этагШ охлаждения сталь Р6М5 нагревают до температуры 1200°С - 1220°С, в результате чего происходит растворение карбидов, а температура начала мартенситного превращения (Мн) находится в интервале 150 - 200°С.

Охлаждая нагретую деталь или инструмент от указанной температуры, например, в концентрированном растворе CaCl2 (p 1300 - 1360 кг/м, имеющей температуру кипения пристенного слоя 120° и выше можно частично на участке пузырькового кипения задержать превращение аустенита в мартенсит. При этом в область пузырькового кипения достигается очень интенсивное охлаждение, наблюдается вакансионная закалка аустенита и частичное превращение аустенита в мартенсит (50%). Поэтому в этом случае устраняется возможность образования закалочных трещин. При повторном нагреве до температуры Асз + (35 - 40°С), т.е. 900 - 920°С происходит измельчение и выделение карбидов и одновременно происходит аустенизация материала. При охлаждении от температуры 900 - 920°С, ввиду меньшего количества растворения карбидов, повышается Мн. Поэтому

при повторном охлаждении в водных растворах оптимальной концентрации, имеющих температуру.кипения пристенного слоя 100 - 150°С достигается высокая скорость охлаждения материала со сверхкритической скоростью, так как основная масса превращения аустенита в мартенсит в этом случае прекращается во время достижения максимальных сжимающих напряжений на поверхности закаливаемых деталей, которые определяются расчетным путем. Поэтому на этом этапе также исключается возможность образования закалочных трещин.

Окончательный нагрев под закалку осуществляется от температуры аустенизации, которая на 20 - 60°С ниже обычно принятой. Охлаждение осуществляется в концентрированном растворе CaCl2 ( р 1300 - -1360 кг/м до момента окончания пузырькового кипения и дальше осуществляется охлаждение на воздухе и трехкратный отпуск по стандартной технологии.

Новизна разработанной технологии за- ключается в том, что при многоцикловом нагреве и охлаждении температура начала мартенситных превращений (Мн) смещается в область более высоких температур с тем, чтобы в области пузырькового кипения обеспечить сверхкритическую скорость охлаждения в мартенситном интервале и на каждом этапе охлаждения осуществляется регулирование температуры кипения пристенного слоя, значение которой зависит от

количества растворенных карбидов в аусте- ните.

Предложенный способ закалки быстрорежущих сталей имеет ряд преимуществ:

способ позволяет устранить щелочные среды, применяемые для горячих ванн, и масло, которые являются экологически вредными веществами;

по сравнению с прототипом долговечность работы инструмента увеличивается в 1,5 - 2 раза;

увеличивается производительность труда за счет интенсификации охлаждения инструмента в водных растворах на 80%;

отпадает необходимость предварительной термической обработки материала (улучшения).

Формула изобретения

Способ закалки быстрорежущей стали, включающий циклический нагрев и охлаждение, отличающийс ятем, что, с целью повышения стойкости и устранения трещинообразования, охлаждение на всех этапах осуществляют в жидкой среде до конца пузырькового кипения со скоростью

0,25а (Т - Т,с)/К V а/Т - ТК)/К, где а - температуропроводность стали;

Т - температура в центре детали;

К-коэффициент формы Кондратьева;

V - скорость охлаждения центра детали;

Тк - температура кипения пристенного слоя, причем на первом и последнем этапах изделия охлаждают, поддерживая температуру пристенного кипящего слоя на уровне 120 т- 350°С, на промежуточном этапе изде- лие охлаждают от температуры АСэ + (20 - 40°С), поддерживая температуру пристенного кипящего слоя на уровне 100 - 120°С, причем для изделий простой формы охлаждение ведут от стандартной температуры нагрева под закалку, а для изделия сложной формы - от температуры на 40 г 60°С ниже стандартной.

Сущность изобретения: способ включает циклический многократный нагрев и охлаждение, при этом на всех этапах охлаждение осуществляют в жидкой среде до конца пузырькового кипения со скоростью 0,25 а ГГ - Тк)/К-, V Ј а(Т Тк)/К. где а - температуропроводность стали; Т - температура в центре детали; К - коэффициент формы Кондратьева; V - скорость охлаждения центра детали, причем на первом и последнем этапах изделия охлаждают, поддерживая температуру пристенного кипящего слоя на уровне 120 f 350°C, на промежуточном этапе изделие охлаждают до температуры АСз + (20,..40°С), поддерживая температуру пристенного кипящего слоя на уровне 100 - 120°С. Причем для изделий простой формы охлаждение ведут от стандартной температуры, а для изделий сложной формы - от температуры на 40 - 60° ниже стандартной. со С