Способ термической обработки быстрорежущих сталей Советский патент 1993 года по МПК C21D9/22 

Изобретение относится к металлургии, а именно к термической обработке инструментальных сталей, и может быть использовано для обработки быстрорежущих сталей.

Качество режущего инструмента определяется свойствами материала, из которого он изготовлен. К основным свойствам инструментальных сталей относятся: красностойкость, износостойкость, твердость, прочность и теплопроводность.

Известен способ повышения качества инструмента за счет превращения остаточного аустенита в мартенсит, включающий в себя обработку инструмента из быстрорежущей стали холодом с последующим отпуском.

Согласно методике данного способа, после обработки холодом, с целью уменьше- Ss4 ния остаточных напряжений, проводят от- 00 пуск при температуре 530°С. Обработка 00 холодом продлевает мартенситную реак- sQ цию, что ведет к снижению в структуре быс- QQ трорежущих сталей остаточного аустенита ( и, как следствие, приводит к повышению стойкости инструмента...

Недостатками этого способа являются: содержание в структуре стали 10% остаточ- СО ного аустенита, снижение содержания которого данным способом не возможно даже при температуре жидкого азота; увеличение производственного цикла, происходящего вследствие применения двух-продолжитель- ных операций: вымораживания и отпуска,

Известен способ повышения износостойкости и твердости режущего инструмента путем нанесения на рабочие поверхности покрытий на основе нитридов (карбидов) Ti, Mo и других тугоплавких соединений.

Недостатками способа являются: незначительная толщина покрытия (несколько микрон), которая уничтожается при переточке инструмента, что требует повторного его нанесения; вакуумное нанесение покры-. тия, что приводит к увеличению длительно сти и энергоемкости процесса

Известен способ, согласно которому заготовку для инструмента подвергают нагреву электрическим током до температур аллотропического а -у превращения, соответствующего конкретной марке стали. После чего проводят обработку ее импульсом электрического тока плотностью 2,0-5,0 кА/мм2, при длительности импульса 0,01- 0,02 сек. Затем заготовку подвергают закалке, отпуску и механической обработке по режиму, оптимальному для конкретной марки стали и вида инструмента.

Недостатками известного способа являются: высокое содержание в структуре стали остаточного аустенита; обезуглероживание поверхности инструмента вследствие нагрева его до температур превращения, что приводит к снижению ее твердости и износостойкости.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату к заявленному способу является способ термичесокй обработки вольфрамовых и вольфрамомо- либденовых быстрорежущих сталей, включающий аустенизацию, закалку и многократный отпуск с промежуточным охлаждением. Целью данного способа является улучшение эксплуатационных характеристик инструментальных сталей, для этого отпуск проводят двухкратный, причем первый отпуск осуществлякггтрех- ступенчато, при следующих температурах и выдержках:

первая ступень 280-350°С 60-80 мин;

вторая ступень 500-540°С 15-20 мин;

третья ступень 580-570°С 15-20 мин.

Промежуточное охлаждение проводят со скоростью 20-100°С/с. А второй отпуск при 520-540°С в течение 30-40 мин.

Согласно методике данного способа изготовленный из вольфрамовой быстрорежущей стали инструмент подве ргают аустенизации в соляной ванне при 1220°С с двумя подогревами: первый при 450°С и второй при 810°С, с закалкой в масло. Затем проводят трехкратный ступенчатый отпуск при 280-350°С в течение 60-80 мин, при

500-540°С в течение 15-20 мин и при 560- 570°С в течение 15-20 мин. После чего проводят охлаждение в масле до комнатной температуры, второй отпуск при 520-540°С

в течение 30-40 мин с последующим Охлаждением на воздухе.

Недостатками способа - прототипа являются: незначительное повышение стойкости в 1,5-2,0 раза; высокое содержание

0 остаточного аустенита, уменьшающее теплопроводность материала;большая продол- ; жительнрсть отпуска, приводящая к дополнительным энергозатратам и большой трудоемкости процесса; высокая темпера5 тура и длительная выдержка отпуска, приводящие к обезуглероживанию поверхности инструмента и снижению ее твердости; незначительная дисперсность карбидной фазы.

0 Цель изобретения - повышение эксплуатационной стойкости быстрорежущих инструментальных сталей и производительности способа.

Поставленная цель достигается тем, что

5 в известном способе термической обработки быстрорежущих сталей, включающем: аустенизацию, закалку и многократный отпуск с промежуточным охлаждением, многократный отпуск проводят циклической

0 электроимпульсной обработкой путем их электронагрева в интервале температур 12Q-420°C при импульсе тока длительностью 0,06-0,5 с, при числе циклов 10-20 с промежуточным охлаждении на воздухе.

5 На фиг.1 изображена схема устройства для осуществления способа; на фиг.2 - разрез А-А на фиг.1..

Способ осуществляется при помощи устройства, состоящего из низковольтного

0 трансформатора 1, шин 2 и 9, электроконтактных зажимов 3, направляющих 4 и 6, электро контактного зажима 7, штоков 8 и 12, пульта управления ТО контактора 11. Способ осуществляется следующим об5 разом.

Готовый инструмент 5, прошедший механическую и термическую обработ- . ки (закалку), своей цанговой частью устанавливается в предварительно

0 разведенных, на 2-3 мм больше диаметра цанговой части сверла, электроконтактных зажимах 3. После этого включается пнев- мопривод (на чертеже не показан), перемещающий шток 12. При этом

5 электроконтактные зажимы 3 по направляющим 4 и 6 сходятся, обеспечивая плотный контакт между цанговой частью сверла и электроконтактными зажимами 3.

Затем включается пневмопривод (на чертеже не показан), перемещающий шток

8. При этом торцевая режущая кромка сверла устанавливается и прижимается к электроконтактному зажиму 7. Сверло надежно фиксируется между электроконтактными зажимами 3 и электроконтактным зажимом 7. После этого на пульте управления импульсами 10 устанавливается режим электроимпульсного воздействия (длительность импульса, ток и напряжение). Включается контактор 11. При этом во вторичной обмотке силового трансформатора 1 наводится ток, который по шинам 2 и 9 поступает на электроконтактные зажимы 3 и 7 и инструмент 5.

После обработки включается пневмоп- ривод, перемещающий шток 8 до полного отсоединения электроконтактного зажима 7 от торцевой режущей кромки инструмента. Затем включается пневмопривод, служащий для перемещения штока 12, и электроконтактные зажимы 3 расходятся на 2-3 мм больше диаметра цанговой части инструмента. Обработанный инструмент, прошедший один цикл электроимпульсного отпуска, автоматически удаляется из зоны обработки и попадает в бункер-накопитель, где охлаждается до комнатной температуры на воздухе. В этом время в зону обработки поступает следующий инструмент, Объем бункера и скорость подачи сверл на обработку определяются диаметром инструмента. После охлаждения в бункере сверло опять поступает в зону обработки и цикл повторяется. После последнего цикла электроимпульсного отпуска инструмент поступает на операцию заточки торцевой режущей кромки.

Диапазон температур нагрева, длительность импульсов и число циклов электроим- пульсного отпуска определены экспериментально.

П р и м е р 1, Образцы из стали Р6М5 для механических испытаний и сверла 0 6 мм подвергали аустенизации в соляной ванне при 1220°Ссдвумя подогревами: первым при 45QC и вторым при 810°С. Образцы и сверла закаливали в масло, затем осуществляли циклический электроимпульсный отпуск по тринадцати вариантам с различным числом циклов в каждом варианте (табл.1).

Обработанные по оптимальным режимам сверла имеют твердость 66HRC. По сравнению с прототипом их стойкость в 2- 2,5 выше.

П р и м е р 2. Образцы из стали Р18 для механических испытаний и сверла of 6 мм подвергали аустенизации в соляной ванне при 1270°С с двумя подогревами; первым при 500°С и вторым при 820°С. Образцы и сверла закаливали в масло, затем осуществляли циклический электроимпульсный отпуск по тринадцати вариантам, с различным числом циклов в каждом варианте (табл.2). Обработанные по оптимальным режммам сверла имеют твердость 65.5HRC, По сравнению с прототипом их стойкость в 2- 2,5 раза выше.

В случае нагрева инструмента ниже 120°С, длительности импульсов менее 0,06

0 сек. и числе циклов электроимпульсного отпуска от 1 до 10 повышение стойкости незначительно.

При температурах нагрева от 120 до 420°С, длительности импульсов от 0,06 до

5 0,5 сек., при плотности тока 0,3-1,4 кА/мм , осуществляющих нагрев материала со скоростями 210-2500°С/сек., и числе циклов электроимпульсного отпуска от 10 до 20 наблюдается приращение стойкости в. 2-2,5

0 раза по сравнению с прототипом.

В результате циклического электроимпульсного отпуска структура быстрорежущей стали состоит из мартенсита и ультрадисперсных карбидов, равномерйо

5 распределенных в поле матрицы. Карбиды имеют округлую форму. Это является причиной отсутствия концентраторов напряжений вокруг включений карбидов и приводит к повышению прочности стали.

0 При температурах нагрева выше 420°С, длительности импульсов более 0,5 сек. и числе циклов электроимпульсного отпуска больше 20 происходит локальный перегрев объемов материала, приводящий к коагуля5 ции карбидов, снижению содержания угле- роад и легирующих элементов в твердом растворе. Это является причиной снижения стойкости инструмента.

Для оценки эффективности предлагае0 мого способа по сравнению с прототипом были обработаны сверла 0,3 мм из быстрорежущей стали Р6М5 (табл.3) и Р18 (табл.4). 50 сверл было обработано по известному способу, 50 сверл по способу - прототип и

5 50 сверл по предложенному способу. Кроме этого, было изготовлено по 5 образцов на каждый способ для механических испыта- ний.

Все сверла и образцы изготавливались

0 из материала одной плавки.

Стойкостные испытания проводились путем сверления стали 45 при числе оборотов сверла 1650 об/мин., подаче 0,16 мм/об.

5 Использование предлагаемого способа термической обработки позволяет в 2,0-2,5 раза повысить стойкость инструмента из быстрорежущих сталей Р6М5 и Р18.

Технико-экономический эффект от внедрения предлагаемого способа за ключается в повышении стойкости инструмента при снижении трудоемкости его изготовления........ ...... .

Ф о р м у л а и з о б р е те н и я Способ термической обработки быстрорежущих сталей, включающий аустениза- цию, закалку и многократный отпуск с промежуточным охлаждением, от л и ч а ющ и и с я тем, что, с целью повышения эксплуатационной стойкости и производительности процесса, многократны.й отпуск проводят циклической электроимпульсной 5 обработкой с нагревом до 120-420°С при импульсе тока длительностью 0,06-0,5 с, при числе циклов 10-20 с промежуточным охлаждением на воздухе.

10Таблица.

Продолжение таблицы 1

Использование: изобретение относится к металлургии, а именно к термической обработке инструментальных сталей, и может быть использовано для повышения стойкости металлорежущего инструмента. Инструмент из ст. 18 нагревают в соляной ванне до 1270°, закаливают в масло и подвергают отпуску путем электронагрева инструмента в интервале температур 120-420°С при импульсе тока длительностью 0,06-0,5 с и числе циклов от 10 до 20 с промежуточным охлаждением на воздухе. 4 табл., 2 ил. СО С

Таблица 2

Продолжение таблицы 2

Таблица 3

Таблица 4

t

Фи 2-1