Способ термической обработки инструмента из быстрорежущей стали Советский патент 1993 года по МПК C21D9/22 

Изобретение относится к термической обработке и может быть использовано для штампового инструмента, работающего в условиях высоких нагрузок, в том числе ударных, например при чеканке, высадке. Кроме того, изобретение может быть использовано и для режущего Инструмента, работающего с невысокими скоростями резания и выходящего из строя вследствие поломок, например мелкоразмерного. Стойкость инструмента в этом случае определяется (при определенном и достаточном уровне твердости) прочностью и ударной вязкостью стали. При этом ударная вязкость для целого ряда инструмента определяет его надежность, т.е. при высокой ударной вязкости снижается вероятность случайного разрушения инструмента.

Известен способ термической обработки легированной инструментальной стали (типа 4ХЗВМФ), предназначенной для изготовления горячештампового инструмента.

Способ включает в себя многократную закалку от высоких температур (1250-1280°С), изотермическую выдержку при температуре на 30--50°С ниже Aci, и затем закалку от температур 1030-1070°С. Цель способа - достижение высокой теплостойкости за счет перевода в твердый раствор всех легирующих элементов стали, т.е. полного растворения всех имеющихся в стали карбидов, в частности, карбидов типа МеС. Такая термическая обработка, использованная для инструментальной стали с фазовым составом, отличным от состава быстрорежущих сталей, принципиально не может быть применена к инструменту из быстрорежущей стали. Во-первых, многократная закалка вызывает появление нафталинистого излома - неисправного брака, связанного с резким снижением прочностных свойств. Во-вторых, для быстрорежущих сталей недопустим также и принцип, положенный в основу способа - растворение всех карби 4 О М О

ю

О

ы

дов при закалке, т.к. это приводит к росту зерна, снижению прочности и ударной вязкости. Т.е. для быстрорежущей стали невозможно применение способа термической обработки, предназначенного для штампе- вой стали, т.е. стали другого класса.

Известен также способ термической обработки штампового инструмента из быстрорежущих сталей Р6М5, Р18, когда закалку осуществляют от температур, пре- восходящих температуры растворения карбида М2зСе, но лежащих ниже температуры растворения карбида МбС, температура закалки для этих сталей составляет соответственно 1160-1180°С и 1180-1190°С. Такая термическая обработка обеспечивает значительное повышение стойкости штампового инструмента из названных сталей, содержащих значительное количество вольфрама. Однако для низколегированных бы- строрежущих сталей безвольфрамовых или низковольфрамовых (содержание вольфрама не более 2%) такая термическая обработка ни по принципу ее выполнения, ни по конкретным режимам закалки неприемле- ма, т.к. она не позволяет получить высоких значений прочности и ударной вязкости.

Наиболее близким к предлагаемому является способ термической обработки низколегированных быстрорежущих сталей, с нагревом при закалке до температур 1120- 1210°С, т.е. температуры, вызывающей полное растворение карбидов М2зСб и МеС и значительное растворение карбидов МзС. В этом случае достигаются высокие значения твердости и красностойкости, однако значения предела прочности и ударной вязкости недостаточны для штампового инструмента, что приводит к его преждевременному выходу из строя вследствие поломок из-за хрупкого разрушения. Таким образом, известные способы требуют: либо полного растворения карбидов М2зСб и МеС, при этом в структуре не остается карбидов, сдерживающих рост зерна; либо растворения только карбида М2зСб, карбиды МбС при этом не должны растворяться, они сдерживают рост зерна, что обеспечивает высокие значения прочности и ударной вязкости; либо для низколегированных быстрорежущих сталей - полное растворение карбидов МгзСе и МеС, а также растворение значительного количества карбида МаС, однако эти способы не позволяют получить необходимого комплекса свойств у низколегированной быстро- режущей стали при ее использовании для изготовления штампового инструмента.

Цель изобретения - повышение стойкости штампового и мелкоразмерного режущего инструмента путем увеличения

прочности и ударной вязкости при сохранении необходимого уровня твердости.

Для достижения поставленной цели согласно предлагаемому способу термической обработки инструмента из быстрорежущей стали, включающему закалку и многократный отпуск , нагрев под закалку осуществляют из температурного интервала, соответствующего растворению карбида МбС, причем нижняя граница интервала соответствует температуре окончания растворения карбида М2зСе, а верхняя - температуре начала растворения карбида М2С. Закалку сталей типа 11М5Ф осуществляют от 1020-1060°С. Выбор режимов закалки определяется составом карбидных фаз низколегированных безвольфрамоеых или низковольфрамовых (до 2%) сталей. В сталях этого типа присутствуют карбиды следующих типов; на основе хрома - М2зСб, на основе молибдена - МеС, на основе молибдена и ванадия - М2С и на основе ванадия - МС (М - атомы металла, С - углерода). Экспериментально установлено, что окончательное растворение карбида МззСе происходит при нагреве до 1000-1020°С. растворение карбида МеС этих сталей происходит при нагреве до температур 1010-i070°C, растворение карбида начинается при температурах около 1060- 1080°С, а карбида МС при значительно более высоких температурах нагрева. Закалка от температур выше растворения карбида М2зСе, но ниже температуры растворения карбида М2С позволяет получить при максимально достижимых значениях прочности весьма высокие значения ударной вязкости при достаточном уровне твердости. При этом уровень свойств (сочетание твердости, прочности и ударной вязкости - рис.1) зависит от конкретной температуры .закалки в пределах указанного интервала, т.е. определяется степенью растворения карбида МбС. Нагрев до названных температур сохраняет весьма мелкое зерно - около 13 балл - вследствие сдерживающей роли карбидов типа М2С, которые не растворяются при нагреве. Разрушение стали а этом случае происходит с заметной предварительной пластической деформацией, в отличие от хрупкого разрушения. Закалка от более низкой температуры не позволяет получить необходимых значений твердости, а также максимального значения прочности из-за недостаточной легированности твердого раствора закаленной стали и, как следствие, недостаточной интенсивности процессов дисперсионного твердения при отпуске. Инструмент при этом выходит из строя как из-за поломок, так и из-за смятия

рабочих кромок. Т.е. закалка от температур ниже 1020° (на растворение карбида М2зСе), в соответствии с 2 не позволяет получить максимальных значений прочности, твердость при этом недостаточна. Повышение температуры закалки сверх указанной верхней границы, т.е. выше температуры начала растворения карбида М2С, приводит к росту зерна, снижению прочности и весьма резкому снижению ударной вязкости (разрушение при этом хрупкое), что влечет по- нижение стойкости из-за поломок инструмента и сколов его рабочей части. Об изменении характера разрушения свидетельствует изменение величины деформации (стрелы прогиба) перед разрушением (см. чертеж).

0

Пример. Исследования влияния температуры закалки на свойства стали типа 1Ш5Ф представлены в табл.1 и на чертеже.

Проведены эксплуатационные испытания пуансонов из стали 11М5Ф, закалку которых выполняли из разных температурных интервалов (отпуск 560-570°С, 3 раза по 1ч) при холодной высадке внутреннего шестигранного углубления в заготовках винтов М10 ГОСТ 11728-72 из стали 35 твердостью 89-92 НРБ на многопозиционном-автомате мод А1921. Стойкость пуансонов приведена в табл.2. Максимальная стойкость достигнута при закалке пуансонов из рекомендуемого интервала температур (отмеченного на чертеже).

Изобретение относится к термической обработке и может быть использовано для штампового инструмента, работающего в условиях высоких нагрузок, в том числе ударных. Сущность изобретения: сталь 11М5Ф нагревают в область растооре- ния карбида МеС, т.е. до 1020-1060°, при этом нижняя граница соответствует температуре окончания растворения карбида М2зСб, а верхняя - температуре начала растворения карбида М2С. 2 табл.,1 ил.

Формула изобретения

при сохранении твердости, нагрев под закалку осуществляют в область растворения карбида МеС, причем нижняя граница интервала соответствует температуре окончания растворения карбида МгзС, а верхняя - температуре начала растворения карбида М2С.

Таблица 1

Таблица 2