Способ термической обработки быстрорежущих сталей Советский патент 1980 года по МПК C21D9/22 C21D1/78 

Изобретение относится к термической обработке металлов, а именно к обработке быстрорежущих сталей, преимущественно вольфрамомолибденов и может найти широкое применение пр термообработке холодновысадочного инструмента в метизном производстве Известны способы термической обр ботки быстрорежущих сталей, предусматривающие процесс диффузионного насыщения, в частности, цементации 1 или нитроцементации в продуктах пиролиза триэтаноламина 2. В известном способе нитроцементацию проводят при 900-1000°С с последующим, охлаждением на воздухе, затем ступенчатый нагрев в соляных ванных ; до температур на 5-80°С ниже темйературы плавления нитроцементированного слоя, что составляет для стали Р6М5 1215-1160°С, далее следует закашка с изотермической выдержкой в соли при температуре на 150-200 С выше температуры мартен ситного превращения в сердцевине а затем в жидком азоте с наложением ультразвуковых колебаний и отпуск. Данный способ позволяет получить твердость поверхностного слоя 6769 ед.НЕС и сердцевины 61,5-64,5 ед. HRC. При нитроцементации содержание углерода в поверхностном слое повышается до 1,2-2,4%, а количество карбидов в слое достигает 45-60%, в связи с чем температура плавления поверхностного слоя снижается до 1140-1250°С. Содержание углерода В поверхностном слое зависит от технологических параметров процесса. Например, при нитроцементации стгши Рбм5 при 940 С в течение -6 час с расходом триэтано.памина 100 кап/мин поверхностный слой содержит 1,8% углерода с температурой плавления слоя , а при расходе триэтанолги 1ина 120 кап/мин он содержит 2,2% углерода с температурой плавления И95°С. Поэтому при нитроцементации требуется высокая точность поддержания технологических параметров процесса. Кроме того, имеются ограничения по сложности обрабатываемого инструмента из-за неравномерности насыщения глухих полостей, так как при последующей закалке с нагревом в соляных ваннах наблюдается местн е оплавление рабочих поверхностей

нструмента. К недостаткам известого способа относятся также сложость и трудоемкость процесса - охлаждение в жидком азоте с наложением ультразвуковыхКолебаний.

Известен способ, включающий предварительную нитроцементацию при температуре 900-1000С, совмещенную с закалкой, обработку холодом и отпуск- при 140-560°С. Способ позволяет получать при обработке быстрорежущих сталей твердость 66-70 ед.ННС, на глубине 0,3-0,5 мм при вязкой сердцевине - 58 ед,НВ.С 3 .

К недостаткам данного способа поверхностного упрочнения при диффузионном насыщении относятся:длительность .процесса насыщения (6-8 час) , низкая твердость поверхностного слоя 67-69 ед. HRC при закалке с оптимальных температур на максимальную прочность и вязкость сердцевины. Кроме того, низкая красностойкость поверхностного слоя при циклических температурно-силовых воздействиях снижает эффективность обработки режущего инструмента и особенно высадочного. Например, поверхностный слой рабочей части прошивного пуансона глубиной до 0,15 мм нагревается за каждый цикл высадки- до 360480 С при общем разогреве инструмента до 250-300°С при удельных давлениях 120-200 кг/мм. В связи с этим твердость нитроцементированного слоя снижается на 3,5-6 ед, и, соответственно, предопределяет износостойкость последнего.

Цель изобретения - повышение износостойкости и красностойкости поверхностного слоя.

Указанная цель достигается тем, что в известном способе термической обработки быстрорежущих сталей, преимущественно вольфрамомолибденовых для высадочного инструмента, включающем операции высокотемпературного процесса предварительно диффузионного насыщения поверхностного слоя, совмещенного с закалкой, обработки холодом и отпуска, в качестве предварительного диффузионного насыщения осуществляют процесс борировани) при температуре 1080-1150°С в течение 1-3 часа, а многократный отпуск ведутпри 350-560 0.

При такой обработке структура слоя поверхностной зоны состоит из боридов FeB и . Микротэердость борированного слоя составляет Hju - 2800-3300 дан/мм. Слой боридов имеет высокую .температурную стабильность, нагрев до ВЗО-ЭОС с не вызывает структурных и концентрированных изменений и последующая термообработка не влияет на микротвердость дорндных составляющих диффузионного слоя.

..Диффузионное насыщение в температурном интервале 1080-1150°С в течение 1-3 час с последующей закалкой с этих температур позволяет оптимально сочетать такие параметры, как максимальную прочность сцепления слоя с основой и характеристики прочности и ударной вязкости сердцевны. Повышение температуры нacыщeнияV выше 1150°С и длительности более -3 час снижает прочность промежуточной зоны, так как под слоем L боридов в промежуточной зоне, обогащенной легирующими элементами, начинает появляться эвтектика в виде равномерно распределенных зерен, привдящих к скалыванию боридных слоев. Указанный верхний интервал при закалке позволяет также получить величину зерна в пределах 13-14 балл чпо АСТМ и, соответственно, максимальное значение ударной вязкости 6,58,5 кгм/мм и прочности на изгиб 360-420 кг/мм твердости HRC 58-60 ед при отпуске 350-450° С. Повышение времени выдержки и температуры ведет к снижению первичной твердости и повышению величины зерна и, соответственно, к снижению характеристикпрочности и вязкос.ти. Нижний тем тературно-временной интервал ограничен с одной стороны снижением характеристик прочности основы 54-56 ед. HRC, а с другой стороныминимальной величиной слоя боридов до 20 ммк. Глубина слоя боридов зависит от способа борирования и находится в пределах 20-70 ммк, что удовлетворяет требованиям по величине износа высадочного инструмента, который составляет, например для прошивных пуансонов 0,03-0,05 мм на сторону.

Совмещение процесса борирования с закалкой с температурного интервала 1080-1150°С позволяет снизить объемную деформацию инструмента в 2-3 раза, Аустенизация в данном темпратурном интервале приводит к уменьшению легкрованности аустенита и при закалке - к уменьшению тетрагональности мартенсита. Уменьшение объемного эффекта при закалке значительно повышает прочность сцепления боридного слоя с основой, а также устраняет необходимость в доводочных операциях что особенно важно при изготовлении сложного высадочного инструмента.

Пример . Способ проверяется при термообработке высадочных пуансонов с крестообразным шлицем, имеющих наиболее сложный рельеф поверхноти, для высадки винтов впотай М8 из стали 35 и винтов М5 с полупотайной головкой из стали 20 КП. Заготовки .пуансонов из стали Р6М5, полученные . методом выдавливания по серийному техпроцессу, предварительно подвергаются борированию порошковым контактным методом. Заготовки укладыва ются в контейнер, засыпаются предварительно прогретой реакционной см СЬЮ при 400-450 с и герметизируются силикатом натрия. Реакционную смесь составляют путем смешивания порошка карбида бора с 1,5% фтористого аммо .Контейнер нагревают при 1080°С в те чение 2 час, охлаждают в закалочной ванне с проточной водой, заготовки очищают, подвергают обработке холодом и отпуску при в течение часа (отпуск трехкратный). Твердост боридного слоя составляет 72 ед. HR сердцевины - 58 ед.НЕС при толщине слоя 38-45 мкм. Стойкость возрастае в В раз при выссщке винтов М8 и в 6,5 раза при высадке винтов М5 и лимитируется во втором случае прочностью пуансонов. Обработка по данному способу .стали Р6М5 после борирования при температуре 1080с 1 час и многократного отпуска при 350-400 С, позволяет получить мак,симальную прочность сердцевины на изгиб 395-420 кг/мм при толщине диффузионного слоя 20-24 мкм. Для высадочного инструмента, имеющего допуск на износ в пределах 0,100,25 мм, процесс диффузионного насы .щения ведут при 1150°С в течение 1-2 час, отпуск проводят при 55056Ос, что позволяет получить толщи ну диффузионного слоя 110-130 мкм пр достаточно высокой прочности сцепле ния слоя с основой. Данные режимы термообработки следует проводить, например, на группе прошивных пуансонов при высадке гаек, не имеющих сложного геометрического рельефа, требующих значительную величину упрочненного слоя. Предложенный способ термообработки по сравнению с известными спосо; бами обеспечивает повышение красностойкости поверхностного слоя на 5-8 ед. , твердости на 2-5 ед. HRC. Повышается контактная прочность поверхностного слоя и снижается объемная деформация инструмента,что уменьшает склонность к выкрашиванию поверхностного слоя при эксплуатации. Стойкость высадочного инструмента возрастает в 3-5 раз с уменьшением трудоемкости его изготовления. Способ позволяет использовать для изготовления инструмента вольфрамомолибденовые стали типа РбМ5, РбМЗ и другие и достигнуть уровня по твердости и износостойкости та- . ких твердых сплавов как ВК8 ВК20 И других. Формула изобретения 1.Способ термической обработки быстрорежущих сталей, преимущественно вольфрамомолибденовых для высадочного инструмента, включающий высокотемпературный процесс диффузионного , насыщения поверхностного слоя, совмещенного с закалкой, обработку . холодом и отпуск, отличающийся тем, что, с целью повышения износостойкости и красностойкости поверхностного слоя, процесс диффузионного насыщения осуществляют бором .при 1080-1150°С в течение 1-3 часа. 2.Способ ПОП.1,. отличающийся тем, что отпуск при 350560°С производят многократно. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1.Патент США 3827923, кл.14831 5, 1974. 2.Авторское свидетельство СССР № 533650, кл. С 21 D 9/22, 1976. 3.Авторское свидетельство СССР № 223126, кл.С 21 D 9/22, 1968.