Состав для диффузионного упрочнения инструментов

 

Изобретение относится к процессам химико-термической обработки металлов и сплавов, а именно к составам для насыщения. Сущность изобретения: состав для диффузионного упрочнения инструмента содержит, мас. древесноугольный карбюризатор 5 15; ферромолибден 20 30; феррованадий 10 20; отходы производства обогащения оловянных руд, содержащих турмалин и кварц 20 30; хлористый аммоний 0,5 2,0; окись алюминия - остальное. 1 табл.

Изобретение относится к процессам химико-термической обработки и может быть использовано при изготовлении инструмента из малолегированных быстрорежущих сталей.

Известен состав для диффузионного упрочнения инструмента (Металлургия "Реф.журн.", 1974, N 4, реф.4915), содержащий компоненты при следующем соотношении, мас. Феррованадий 60 Хлористый аммоний 7 Окись алюминия Остальное Недостатком известного состава является малая глубина диффузионного слоя, не позволяющая производить многократную перетачку инструмента.

Известен наиболее близкий к изобретению состав для диффузионного упрочнения инструмента при следующем соотношении компонентов, мас. Древесноугольный карбюризатор 5-15 Ферромолибден 20-30 Феррованадий 10-20 Хлористый аммоний 0,5-2,0 Окись алюминия Остальное Упрочнение изделий из малолегированной стали Р6М3 в данном составе осуществляется в ящиках, герметизируемых шамотной глиной при температуре 1040-1050^оС в течение 6 ч. Глубина диффузионного слоя получается до 1,5 мм, при этом содержание молибдена и ванадия увеличивается на 2,5-3,0% и на 1,3% соответственно по сравнению с исходным содержанием этих элементов в стали.

Недостатком данного состава является то, что увеличение содержания молибдена и ванадия по сечению диффузионного слоя происходит не равномерно и имеет резкий градиент снижения этих элементов по толщине диффузионного слоя.

Причиной, препятствующей получению в прототипе требуемого технического результата, является недостаточно высокая насыщающая способность состава. Это обусловлено тем, что при высоких температурах происходит образование в поверхностном слое малолегированной стали сложных карбидных слоев молибдена, ванадия с железом, препятствующих более интенсивному проникновению этих элементов в глубь основы. Известно, что эффект упрочнения быстрорежущих сталей в значительной степени обусловлен не карбидами, образовавшимися в процессе насыщения и имеющими размер порядка нескольких микрон, а выделениями большого количества карбидов данных элементов менее 0,01 мкм, образующихся в процессе распада твердого раствора после отпуска при температуре 560-600^оС. Поэтому чем равномернее будет распределение дисперсных частиц карбидов по сечению, тем выше будут эксплуатационные свойства стали.

Сущность изобретения заключается в следующем. В состав для диффузионного упрочнения инструмента в качестве наполнителя, кроме окиси алюминия, дополнительно входят отходы производства обогащения оловянных руд, содержащих турмалин и кварц в количестве 20-30 мас.

Изобретение направлено на решение равномерного распределения молибдена и ванадия по сечению диффузионного слоя и снижения градиента распределения этих элементов по толщине диффузионного слоя.

Дополнительное введение в состав насыщающей среды отходов производства обогащения оловянных руд, содержащих турмалин и кварц в количестве 20-30% по массе, имеющих сложный химический и минералогический состав, приводит к активизации диффузионных процессов и снижение карбидообразования в поверхностных слоях стали, следствием чего является более равномерное распределение молибдена и ванадия в диффузионном слое.

Технический результат, который может быть получен при осуществлении изобретения, заключается в повышении стабильности физико-химических и эксплуатационных свойств инструментальных малолегированных сталей за счет более равномерного распределения легирующих карбидообразующих элементов в диффузионном слое.

Для проверки предлагаемого состава для диффузионного упрочнения малолегированного быстрорежущего инструмента было подготовлено шесть смесей. Первая смесь готовилась по составу прототипа, остальные по предлагаемому составу.

Упрочнение осуществляли путем нагрева при 1040-1050^оС образцов и инструмента в порошковой смеси (прототип), содержащей 15% свежего карбюризатора, 25% ферромолибдена, 18% феррованадия, 1% хлористого аммония, окись алюминия остальное. Частицы феррованадия размельчали до грануляции 100-400 мкм. Смесь тщательно перемешивалась и засыпалась в ящик слоем в 20-30 мм, на которой укладывался режущий инструмент, и образцы, затем насыпался опять слой 20-30 мм, укладывался новый ряд инструментов и т.д. Толщина верхнего слоя засыпки составлялa 30-40 мм. Ящик герметизировался шамотной глиной и помещался в печь. После окончания выдержки (6 ч) при указанной температуре ящик охлаждался на спокойном воздухе до комнатной температуры и затем разбирался. Проводился микрорентгеноспектральный анализ образцов, определялась равномерность распределения молибдена и ванадия по толщине диффузионного слоя.

Также проводилoсь диффузионное упрочнение инструмента и образцов в предлагаемых составах.

Отходы производства обогащения оловянных руд, содержащих турмалин и кварц, брались после переработки оловянной руды с обогатительной фабрики Солнечного ГОКа (Хабаровский край) и подвергались размолу до зернистости 100-200 мкм.

После диффузионной обработки все образцы и инструмент подвергались закалке с 1190^оС и трехкратному отпуску при температуре 560^оС по 30 мин.

Технические результаты диффузионного упрочнения стали Р6М3 представлены в таблице.

Анализ технических результатов показывает, что предлагаемый состав для диффузионного упрочнения малолегированных сталей позволяет повысить равномерность распределения молибдена и ванадия в диффузионном слое. При этом отмечается, что оптимальным по составу следует считать смеси, содержащие 20-30 мас. отходов производства обогащенных оловянных руд, содержащих турмалин и кварц.

При испытании режущего инструмента (сверла диаметром 10 мм) в производственных условиях, упрочненных в предлагаемом составе (смесь 4), отмечалось снижение разброса по периоду стойкости после переточки одного сверла по сравнению с диффузионным упрочнением в прототипе.

Формула изобретения

СОСТАВ ДЛЯ ДИФФУЗИОННОГО УПРОЧНЕНИЯ ИНСТРУМЕНТОВ, включающий древесноугольный карбюризатор, ферромолибден, феррованадий, хлористый аммоний и оксид алюминия, отличающийся тем, что он дополнительно содержит отходы производства обогащения оловянных руд, содержащих турмалин и кварц при следующем соотношении компонентов, мас.

Древесноугольный карбюризатор 5 15 Ферромолибден 20 30 Феррованадий 10 20 Отходы производства обогащения оловянных руд, содержащих турмалин и кварц 20 30 Хлористый аммоний 0,5 2,0 Оксид алюминия Остальное

РИСУНКИ

Рисунок 1