Способ термической обработки быстрорежущих сталей
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
СОЮЗ СОВЕТСКИХ
СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ
РЕСПУБЛИК (я)5 С 21 D 9/22
ГОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНОЕ
ВЕДОМСТВО СССР (ГОСПАТЕНТ СССР) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
К ПАТЕНТУ (21) 4907537/02 (22) 04,02,91 (46) 15.01.93. Бюл. ¹ 2 (71) Институт машиноведения им. А.А.Благонравова (72) Ю.В,Баранов, А.А,Чуенков, А.Н,Романов, А.И.Тананов, Ю.В.Курочкин, А,Н.Климов, А,Г.Чуенков и А.П.Гусенков (73) А.П.Гусенков, Ю.В.Баранов, А.А.Чуенков, А,Н.Романов, А.И.Тананов, Ю.В.Курочкин, А,Н.Климов и А.Г.Чуенков (56) Гуляев А.П. Металловедение. М.: Металлургия, 1986, с.366.
Лахтин Ю.М, Металловедение и термическая обработка металлов, М.: Металлургия, 1983, с.360.
Авторское свидетельство СССР
¹ 1025739, кл. С 21 D 9/22, 1983.
Авторское свидетельство СССР
N 1368336, кл. С 21 0 9/22, 1988.
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; красн осто и кость, износостой кость, 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.
„,59„„1788980 А3 (54) СПОСОБ ТЕРМИЧЕСКОЙ ОБРАБОТКИ
БЫСТРОРЕЖУЩИХ СТАЛЕЙ (57) 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.
Согласно методике данного способа, после обработки холодом, с целью уменьшения остаточных напряжений, проводят отпуск при температуре 530 С. Обработка холодом продлевает мартенситную реакцию, что ведет к снижению в структуре быстрорежущих сталей остаточного аустенита и, как следствие, приводит к повышению стойкости инструмента.
Недостатками этого способа являются: содержание в структуре стали 10% остаточного аустенита, снижение содержания которого данным способом не возможно даже при температуре жидкого азота; увеличение производственного цикла, происходящего вследствие применения двух.продолжительных операций: вымораживания и отпуска, 1788980
Известен способ повышения износостойкости и твердости режущего инструмента путем нанесения на рабочие поверхности покрытий на основе нитридов (карбидов) Ti, Mo и других тугоплавких сое- 5 динений.
Недостатками способа являются: незначительная толщина покрытия (несколько микрон), которая уничтожается при переточке инструмента, что требует повторного 10 его нанесения; вакуумное нанесение покрытия, что приводит к увеличению длительйо- сти и энергоемкости процесса, Известен способ, согласно которому заготовку для инструмента подвергают нагре- 15 ву электрическим током до температур аллотропичеокого а -y превращения, соответствующего конкретной марке стали.
После чего проводят обработку ее импульсом электрического тока плотностью 2,0-5,0 20 кА/мм, при длительности импульса 0,01г
0,02 сек. Затем заготовку подвергают закалке, отпуску и механической обработке по режиму, оптимальйомудля конкретной марки стали и вида и нструмента. 25
Недостатками известного способа являются: высокое содержание в структуре стали остаточного аустенита; обезуглеро>кивание поверхности инструмента вследствие нагрева его до температур 30 превращения, что приводит к снижению ее твердости и износостойкости.
Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату к заявленному способу является способ термичесокй 35 обработки вольфрамовых и вольфрамомолибденовых быстрорежущих сталей, включающий аустенизацию, закалку и многократный отпуск с промежуточным охлаждением. Целью данного способа являет- 40 ся улучшение эксплуатационных характеристик инструментальных сталей, для этого отпуск проводят двухкратный, причем первый отпуск осуществляют трехступенчато, при следующих температурах и 45 выдержках: первая ступень 280 — 350 С 60-80 мйн ; — вторая ступень 500 — 540 С 15 — 20 мин; третья ступень 580 — 570 С 15 — 20 мин.
Промежуточное охлаждение проводят 50 со скоростью 20-100 С/с. А второй отпуск
- при 520 — 540 С в течение 30 — 40 мин.
Согласно метбдике данного способа изготовленный из вольфрамовой быстрорежущей стали инструмент подвергают 55 аустенизации в соляной ванне при 1220 С с двумя подогревами: первый при 450ОC 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 †5 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 — 540ОС 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 остаточного аустенита, уменьшающее теплопроводность материала; большая продолжительность отпуска, приводящая к дополнительным энергозатратам и большой трудоемкости процесса; высокая температура и длительная выдержка отпуска, приводящие к обезуглероживанию поверхности инструмента и снижению ее твердости; незначительная дисперсность карбидной фазы.
Цель изобретения — повышение эксплуатационной стойкости быстрорежущих инструментальных сталей и производительности способа.
Поставленная цель достигается тем, что в известном способе термической обработки быстрорежущих сталей, включающем: аустенизацию, закалку и многократный отпуск с промежуточным охлаждением, многократный отпуск проводят циклической электроимпульсной обработкой путем их электронагрева в интервале температур
120 †4 С при импульсе тока длительностью 0,06 — 0,5 с, при числе циклов 10 — 20 с промежуточным охлаждении на воздухе.
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 трансформатора 1, шин 2 и 9, электроконтактных зажимов 3, направляющих 4 и 6. электроконтактного зажима 7, штоков 8 и
12, пульта управления 1 0 контактора 11.
Способ осуществляется следующим образом, Готовый инструмент 5, прошедший механическую и термическую обработ-. ки (закалку), своей цанговой частью устанавливается в предварительно разведенных, на 2 — 3 мм больше диаметра цанговой части сверла, электроконтактных зажимах 3, После этого включается пневмопривод (на чертеже не показан), перемещающий шток 12. При этом 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
1788980
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 пневмопривод, 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 электроимпульсного отпуска определены экспериментально, Пример 1, Образцы из стали Р6М5 для механических испытаний и сверла 8 6 мм подвергали аустенизации в соляной ванне при 1220 Ссдвумя подогревами: первым при 45JC 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.
Пример 2, Образцы из стали Р18 для механических испытаний и сверла . (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 осущест5
55 вляли циклический электроимпульсный отпуск по тринадцати вариантам, с различным числом циклов в каждом варианте (табл,2).
Обработанные по оптимальным режимам сверла имеют твердость 65,5HRC, По сравнению с прототипом их стойкость в 22,5 раза выше.
В случае нагрева инструмента ниже
120 С, длительности импульсов менее 0,06 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
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 раза по сравнению с прототипом.
В результате циклического электроимпульсного отпуска структура быстрорежущей стали состоит из мартенсита и ультрадисперсных карбидов, равномерно распределенных в поле матрицы. Карбиды имеют округлую форму. Это является причиной отсутствия концентраторов напряжений вокруг включений карбидов и приводит к повышению прочности стали.
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 коагуляции карбидов, снижению содержания углероад и легирующих элементов в твердом растворе. Это является причиной снижения стойкости инструмента.
Для оценки эффективности предлагаемого 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
50 сверл по предложенному способу, Кроме этого, было изготовлено по 5 образцов на каждый способ для механических испытаний.
Все сверла и образцы изготавливались из материала одной плавки.
Стойкостные испытания проводились. путем сверления стали 45 при числе оборотов сверла 1650 об/мин., подаче 0,16 мм/об.
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 закл юча1788980 ется в повышении стойкости инструмента при снижении трудоемкости его изготовления.
Формула изобретения шийся тем, что, с целью повышения эксплуатационной стойкости и производительности процесса, многократный отпуск проводят циклической электроимпульсной 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.
Способ термической обработки быстро- 5 режущих сталей, включающий аустенизацию, закалку и многократный отпуск с промежуточным охлаждением, о т л и ч а ю10
Таблица т C
gpss. С
Число циклов шт, НВС.
Опыт
Длит, имп., с
Стойкость, о о
0,02
630
106
0,04
120
0,06
0,08
133
0,12
154
180
0,24
0,26
250
0,34
310
0,4
355
395
0,46
420
0,5
2
4
6
8
11
12
13
14
16
17
18
19
21
22
23
24
26
27
28
29
31
32
ЗЗ
34
36
37
38
39
41
42
43
1
65
65
65
65
65,5
65
65,5
65,5
65
65,5
65,5
65,5
65,5
65,8
66
65,5. 65,5
65,5
65,5
65,5
6.5,5
65
65
65,5
65
65,5
65
630
132
128
151
163
158
149
201
173
171
208
202
201
248
198
223
225 221
201
196
154
191
194
176
105
1
) 1788980
Продолжение таблицы
Стойкость, о о
Крив, С
Опыт
НКСГ
Длит. имп., с
Число циклов шт
0,02 .
630
106
0,04
0,06
120
0,08
133
0,12
154
0,24
180
0,26
250
0,34
310
0,4
355
0,46
395
2
4
6
8
11
12
13
14
16
17
18
19
21
22
23
24
26
27
28
29
31
32
33
34
36
37
38
39
1
65,5
65,5
65,5
65,5
65,5
65,5
65,5
65,7
65,7
65,7
65,5
65,5
65,5
65,5
65,5
65,5
65,5
65,5
65,5
65,5
630
Таблица 2
121
148
144
186
171.
168
212
201
178
171
217
208
203
246
192
219
241
223
219
191
211
186
148
188
204
191
119
Продолжение таблицы 2
1788980
12
Таблица 3
Таблица 4
1788980
5iO
Составитель Ю.Баранов
Техред М.Моргентал Корректор О.Юрковецкая
Редактор
Заказ 83 Тираж Подписное
ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР
113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., 4/5
Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул.Гагарина, 101
