Способ термической обработки быстрорежущих сталей Советский патент 1976 года по МПК C21D9/22 C21D1/78 

стойкость сталей при такой обработке остается недостаточной, например стали Р9, Р18 имеют HRC (620°С, 4 час) 52-53, а стали Р6М5 соответственно - 49-52, что не позволяет использовать этот способ для обработки режущего и высадочного инструмента, работающего при больших скоростях резания, ударном резании, с разогревом режущей кромки выше 200-250°С. Кроме того, концентрация углерода в поверхностном слое при нитроцементации сталей Р18, Р6М5 достигает 1,7% и более, что вызывает повышенную хрупкость слоя, снижает его шлифуемость.

Целью изобретения является повышение износостойкости и красностойкости поверхностного слоя, твердости и прочности сердцевины, а также вязкости сталей.

Поставленная цель достигается тем, что закалку осуществляют от темцературы на 5- 80°С ниже температуры нитроцементованного слоя сначала в соли при температуре на 150- 200°С выше температуры начала мартенситного превращения сердцевины в течение 5- 30 мин, а затем в жидком азоте (при -196°С), возбуждаемом ультразвуком.

При такой обработке в структуре слоя в поверхностной зоне образуется лебедуритная эвтектика, далее зона угловатых карбидов, зона крупноигольчатого мартенсита, зона мелкоигольчатого мартенсита с переходом к структуре сердцевины. При этом в слое растворяются не только легкоплавкие карбиды тина (РеСг)2зСб, (РеСг)7Сз, но и тугоплавкие (Fe3W3)C, {РезМоз)С, VC, являющиеся источниками повышения твердости и красностойкости слоя. При охлаждении и последующем трех-четырех-кратном отпуске увеличивается эффект вторичной твердости как в слое, так и в сердцевине, так как температура закалки на 10-20°С ниже оптимальной для закалки сердцевины.

Температура закалки, близкая к температуре плавления слоя, и указанные условия охлаждения способствуют более активному и полному мартенситному превращению в высокоуглеродистом слое и в сердцевине, при этом сердцевина получает высокую твердость, прочность и вязкость. Несмотря на значительную разницу в структуре слоя и сердцевины уменьшаются напряжения в поверхностном слое и переходной зоне, исключается образование трещин в слое при закалке и отпуске, уменьшается коробление инструмента. Глубокое охлаждение в равномерной среде при -196°С создает дополнительные сжимающие напряжения в поверхностном слое (кроме структурных), что ведет к увеличению контактной прочности и облегчает приведение последующего длительного отпуска.

Пример 1. Насадные протяжки для прощивки отверстий, изготовленные из сталей Р6М5, предварительно подвергали нитроцементации в продуктах пиролиза триэтаноламина с активизирующими добавками в печи Д-25, оборудованной насосом для подачи триэтаноламина и капельницей для регулирования его расхода. Нитроцементировали при 940°С в течение 6 час, расход триэтаноламина - 100 кап/мин. Получен слой толщиной 0,95 мм с содержанием углерода 1,8%. Температура нлавления слоя -1235°С. После охлаждения на воздухе проведена закалка с нагревом в соляных ваннах. Подогрев до 840°С в течение 6 мин, нагрев до температуры закалки 1215°С, выдержка 100 сек, охлаждение в расплаве соли при 520°С в течение 6 мин, затем перенос в ванну с жидким азотом, установленную на .преобразователе установки УЗГ-2,5. Охлаждение до -196°С, выдержка

5 мин, затем выгрузка на воздух. Последующий отпуск - 4 часХ520°СХЗ раза. Твердость после закалки и отпуска HRC 68,5- 69,0, сердцевины HRC 62,5, красностойкость слоя HRC (620°С, 4 час) 61,5. Износостойкость протяжек в 4,5 раза выше обычно обработанных из стали Р6М5. При этом обеспечивается прочность а„зг 480-490 кг/мм при ударной вязкости Онб.н. 7,8-8,0 кг/см. Пример 2. Обрабатывали высадочные

матрицы для высадки заклепок из стали 16хСН из прутка диаметром 7 мм. Нитроцементировали при 940°С в течение 6 час, расход триэтаноламина - 120 кап/мин. Содержание углерода в слое - 2,2%, температура

плавления слоя - 1195°С. После нитроцементации матрицы сразу переносили в вакуумную печь Ш-10, нагревали до 1160°С в течение 15 мин. Охлаждали в расплаве соли при 400°С в течение 15 мин, затем переносили в

жидкий азот с ультразвуком и охлаждали до - 196°С в течение 20 мин. Последующий отпуск - 2 часХ500°СХ4 раза. Твердость слоя HRC 67,5-68,0, сердцевины HRC 61,5. Износостойкость до изменения диаметра на

0,05 мм составила 180000 высадок, что не уступает твердосплавной матрице из ВКЗ.

Пример 3. Обрабатывали дисковые автоматные резцы из стали Р6М5К5 для обработки головок болтов из прутка 18 мм стали

30 ХГСА. Нитроцементировали при 920°С в течение 8 час с расходом триэтаноламина 70 кап/мин. Содержание углерода в слое - 1,2%, температура плавления - 1305°С. Закаливали после нитроцементации в соляных

ваннах: подогрев при 820°С в течение 8 мин, нагрев при 1225°С в течение 2 мин, охлаждение в расплаве соли при 520°С в течение 4 мин, затем в жидком азоте с ультразвуком в течение 10 мин. Отпуск - 2 часХ520°СХ

X 3 раза. Твердость после закалки и отпуска слоя HRC 69,5-70, сердцевины HRC 64,5- 65. Износостойкость в 6,5 раза выше, чем нри обработке по авт. св. Ns 223126. Стала возможной переточка резцов по передней грани

без растрескивания слоя.

Предложенный способ в сравнении со способом 3 обеспечивает повышение красностойкости на 6-10 единиц, твердости на 3-6 единиц HRC. Повышается контактная выносливость поверхностного слоя, снижается: хрупкость и склонность инструмента к выкрашиванию, образованию трещин при закалке и шлифовании, что повышает срок его службы. Способ позволяет использовать для изготовления режуш,его инструмента молибденовые стали Р6М5, Р6МЗ вместо дефицитных и дорогостояш,их вольфрамовых и вольфрамокобальтовых сталей Р18Ф2К5, Р9К5, так как удалось повысить их красностойкость до уровня последних, а твердость часто превышает твердость этих сталей на 1,5-2,0 HRC и вместе с износостойкостью достигает уровня стойкости твердых сплавов ВК8, ВК10, ВК20.

Формула изобретения

Способ термической обработки быстрорежуШ.ИХ сталей, преимуш,ественно молибденовых и вольфрамомолибденовых, включающий

предварительную нитроцементацию, закалку, обработку холодом и отпуск, отличающийся тем, что, с целью повышения износостойкости и красностойкости поверхностного слоя и прочности сердцевины, закалку осуществляют с температуры на 5-80°С ниже температуры плавления нитроцементованного слоя сначала в соли при температуре на 150-200°С выше температуры начала мартенситного превращения сердцевины в течение 5-30 мин, а затем - в жидком азоте с наложением ультразвуковых колебаний.

1.Геллер Ю. А. «Инструментальные стали, М., 1968, с. 494-496 (аналог).

2.Патент США № 3827923, 148-31.5, 1974, (аналог).

3.Авт св. Яо 223126, С 21D 9/22, 1967, (прототип) .