Способ улучшения свойств инструментальной стали

Изобретение относится к обработке металлов давлением применительно к повышению стойкости инструментальных сталей и может применяться в авиастроении, судостроении и других отраслях промышленности. Сущность предлагаемого изобретения заключается в пластической деформации заготовок из инструментальной стали осадкой с кручением до накопленной деформации где е_кр - критическая деформация, обуславливающая интенсивный рост зерен микроструктуры стали; Δе и Δγ - добавочные оптимальные деформации сжатия и сдвига, обеспечивающие наиболее высокую степень увеличения стойкости стали. Применение данного изобретения в промышленности позволит достаточно эффективно повышать стойкость как режущих, так и мерительных инструментов.

 

Изобретение относится к обработке металлов давлением применительно к повышению стойкости инструментальных сталей и может использоваться в авиастроении, судостроении и других отраслях промышленности.

Известен способ [1] улучшения свойств заготовки из инструментальной стали, включающий пластическую деформацию заготовки осадкой до относительной деформации, равной сумме критической деформации, обуславливающей при последующей термообработке интенсивный рост зерен микроструктуры стали и определяемой опытным путем добавочной оптимальной деформации, обеспечивающей наибольшую стойкость стали.

Недостатком данного способа является ограниченные возможности увеличения стойкости инструментальной стали только за счет пластической деформации осадки.

Изобретение направлено на обеспечение более высокой степени увеличения стойкости инструментальной стали комбинированием деформаций осадки и деформации сдвига в технологическом процессе.

Это достигается тем, что заготовки из инструментальной стали подвергают одновременно с осадкой кручению до накопленной деформации, равной

где е_кр - критическая накопленная деформация, обуславливающая при последующей термообработке интенсивный рост зерен микроструктуры стали, и тем самым понижение стойкости последней; Δе_с, Δγ - определяемые опытным путем добавочные оптимальные логарифмическая деформация сжатия и деформация сдвига, обеспечивающие более высокую степень увеличения стойкости стали.

Сущность предлагаемого способа заключается в следующем. Изготовление из прутков инструментальной стали заготовки подвергают одновременно с пластической осадкой кручению до накопленной деформации е.

При сложных видах нагружения, к которым относится и осадка с кручением, деформированное состояние согласно теории пластичности оценивают по величине накопленной деформации (или интенсивности деформации) е.

В предлагаемом изобретении накопленную деформацию е определяют по формуле

Здесь

- логарифмическая деформация сжатия, где h₀, h - соответственно исходная и текущая высота заготовки;

- деформация сдвига в точке поперечного сечения заготовки с радиусом ρ, изменяющимся в пределах 0≤ρ≤r, где ϕ - абсолютный угол поворота концевых сечений заготовки относительно друг друга; r - текущий радиус заготовки, определяемый по формуле

где r₀ - исходный радиус заготовки.

Предлагаемое изобретение достаточно эффективно может быть использовано для повышения стойкости инструментов цилиндрической формы типа разверток, концевых и цилиндрических фрез, зенкеров. У этих видов инструментов режущие лезвия находятся на цилиндрической поверхности. В связи с этим для оценки деформированного состояния по формуле (3) необходимо в ней сдвиговую деформацию определять при ρ=r, т.е.

Критическую накопленную деформацию в формуле (1) также определяют согласно соотношению (2), из которого следует выражение

где , γ₀ - соответственно критические логарифмическая деформация сжатия и деформация сдвига, определяемые соответственно по формулам (3) и (4). По этим же формулам также определяют и Δе_с и Δγ, в соотношении (1).

Согласно формуле (1) предварительно определяют критическую накопленную деформацию (е_кр), а после и добавочные оптимальные деформации сжатия и сдвига Δе_с и Δγ, обеспечивающие более высокую степень увеличения стойкости стали. Далее деформированные заготовки подвергают термической закалке и последующему отпуску по соответствующему для каждой инструментальной стали температурному режиму.

Пример реализации предлагаемого способа рассмотрен на низколегированной инструментальной стали 9ХС.

Из прутков указанной стали были изготовлены заготовки диаметром d₀=15 мм и высотой h₀=25 мм. После чего заготовки перед термообработкой подвергались осадке с кручением до накопленных деформаций е=0,1; 0,2; 0,3; 0,35; 0,45; 0,50; 0,55; 0,6. Деформирование заготовок проводилось в специально спроектированном и изготовленном штампе, позволяющем одновременно осаживать и скручивать. Конструкция данного штампа представлена в работе [2].

Для определения критической накопленной деформации из части пластически деформированных заготовок после термообработки изготавливались микрошлифы для оценки размеров зерен микроструктуры исследованной стали. В результате статистической обработки опытных данных установлено, что критическая накопленная деформация е_кр для стали 9ХС составила 0,107(; γ₀=0,132).

Для установления эффекта повышения стойкости стали были проведены стойкостные испытания изготовленных из деформированных заготовок резцов с соответствующей термообработкой (закалка и последующий отпуск).

Испытания резцов показали, что стойкость стали зависит от накопленной деформации. Причем до деформации е=e_кр происходит уменьшение стойкости стали (почти на 29%) по сравнению с недеформированной пластически сталью.

При деформации е>е_кр происходит монотонное повышение стойкости стали. Наибольшее повышение, почти в 2,4 раза (по способу прототипа 1,8 раза) стойкости стали относительно стойкости обрабатываемой по традиционной технологии (без пластической обработки заготовок), происходит при накопленной деформации е=0,43 и соответственно оптимальных значениях Δе_с=0,20, Δγ=0,339. Увеличение стойкости стали относительно стойкости по способу прототипа составило 1,33 раза (на 33%), что достаточно существенно для режущих инструментов. Температурные режимы термической обработки в сопоставляемых способах были одинаковы.

Применение предлагаемого изобретения в промышленности позволит достаточно эффективно повысить стойкость инструментов (режущих и мерительных).

ИСТОЧНИКИ ИНФОРМАЦИИ

1. Патент РФ №2215795, C 21 D 8/00, 7/00. 10.11.03. Бюлл. №31.

2. Патент РФ №2109264, G 01 N 3/08, 20.04. 1998 г. Бюлл. №11.

Способ улучшения свойств заготовки инструментальной стали, включающий пластическую деформацию заготовки осадкой до необходимой степени деформации и последующую термообработку, отличающийся тем, что одновременно с осадкой заготовку подвергают кручению до накопленной деформации, величину которой рассчитывают по формуле

где е_кр - критическая накопленная деформация, обуславливающая при последующей термообработке интенсивный рост зерен микроструктуры стали; Δе_c и Δγ - определяемые опытным путем добавочные оптимальные соответственно логарифмическая деформация сжатия и деформация сдвига, обеспечивающие более высокую степень увеличения стойкости стали.