Способ термической обработки инструмента из быстрорежущей стали

Авторы патента:

Колесов Владимир Константинович (RU)

C21D9/22 - сверл, фрез, резцов для металлорежущих станков

C21D1/19 - Изменение физической структуры черных металлов; устройства общего назначения для термообработки черных или цветных металлов или сплавов; придание ковкости металлам путем обезуглероживания, отпуска или других видов обработки (цементация диффузионными способами C23C; поверхностная обработка металлов, включающая по крайней мере один процесс, предусмотренный в классе C23, и по крайней мере другой процесс, охватываемый этим подклассом, C23F 17/00; однонаправленное отвердевание эвтектики или однонаправленное разделение эвтектик C30B)

Владельцы патента RU 2535817:

Закрытое акционерное общество "Сатурн-инструментальный завод" (RU)

Изобретение относится к области термической обработки быстрорежущих сталей и может быть использовано преимущественно для термической обработки длинномерного инструмента и инструмента сплошной формы. Способ термической обработки инструмента из быстрорежущей стали включает нагрев инструмента до температуры закалки, выдержку, охлаждение до температуры окружающей среды и отпуск. После нагрева до температуры закалки и выдержки при этой температуре инструмент охлаждают в соляной ванне при температуре 810-860°C с выдержкой 1,9-2,0 сек/мм, но не более 1 минуты. Дальнейшее охлаждение до температуры окружающей среды инструмента с толщиной или диаметром его рабочей части не более 20 мм проводят на воздухе, а для инструмента с толщиной или диаметром рабочей части более 20 мм - охлаждение проводят в жидких средах. Затем охлаждают на воздухе до температуры окружающей среды. Техническим результатом является снижение закалочных напряжений и, как следствие, устранение коробления, уменьшение вероятности трещинообразования, и повышение работоспособности инструмента.

Спектр изготавливаемых инструментов из быстрорежущей стали очень разнообразен: от малогабаритных до крупногабаритных и сложнопрофильных. При этом инструмент может иметь большие перепады по толщине сечения, что значительно затрудняет его как механическую, так и термическую обработку. Из-за большой разницы в толщинах различных частей инструмента возникает значительный градиент температур при его термической обработке, который приводит к большим внутренним напряжениям. Внутренние напряжения приводят к короблению инструмента вплоть до возникновения трещин.

Известен способ термической обработки инструмента из быстрорежущей стали, включающий двойную закалку, при этом после нагрева под вторую закалку проводят изотермическую выдержку в соляной ванне при температуре 830-850°C и последующий отпуск (Авторское свидетельство №369153 от 16.12.1968, опубл. 08.11.1973, МПК C21D 9/22, C21D 1/78).

Недостатками данного способа термической обработки инструмента из быстрорежущей стали являются резкое падение ударной вязкости (нафталиновый излом) из-за проведения повторной закалки без промежуточного отжига, а также повышенное коробление длинномерного инструмента при его двойной закалке.

Известен способ термической обработки инструмента из быстрорежущей стали, при котором инструмент нагревают до температуры закалки, охлаждают до температуры окружающей среды и проводят однократный отпуск (Авторское свидетельство №933750 от 25.07.1979, опубл. 06.06.1982, МПК C21D 9/22 C21D 1/18).

Недостатком данного способа является низкая твердость (менее 62 HRC), неприемлемая для быстрорежущего инструмента.

Наиболее близким является способ термической обработки инструмента из быстрорежущей стали, при котором инструмент нагревают до температуры закалки, выдерживают, охлаждают до температуры окружающей среды и проводят отпуск (Авторское свидетельство №331105 от 08.04.1970, опубл. 07.03.1972, МПК C21B 9/22).

Недостатком данного способа является большая разница между температурой нагрева под закалку и температурой выдержки, не позволяющая снизить внутренние напряжения до безопасного уровня, и, как следствие, исключить повышенное коробление длинномерного инструмента и возможность появления трещин в инструменте сложной формы.

Техническим результатом, на который направлено изобретение, является снижение закалочных напряжений и, как следствие, устранение коробления, уменьшение вероятности трещинообразования, и повышение работоспособности инструмента.

Технический результат достигается тем, что способ термической обработки инструмента из быстрорежущей стали включает нагрев инструмента до температуры закалки, выдержку, охлаждение до температуры окружающей среды и отпуск.

Новым в способе является то, что после нагрева до температуры закалки и выдержки при этой температуре, инструмент охлаждают в соляной ванне при температуре 810-860°C с выдержкой 1,9-2,0 сек/мм, но не более 1 минуты, дальнейшее охлаждение инструмента с толщиной (диаметром) рабочей части не более 20 мм до температуры окружающей среды проводят на воздухе, для инструмента с толщиной (диаметром) рабочей части более 20 мм охлаждение осуществляют в жидких средах, а затем охлаждают на воздухе до температуры окружающей среды.

Способ осуществляется следующим образом.

Инструмент из быстрорежущей стали нагревают до температуры закалки и выдерживают при этой температуре.

Затем проводят охлаждение в соляной ванне, например в расплаве соли NaCl, при температуре 810-860°C с выдержкой 1,9-2,0 сек/мм, но не более 1 минуты.

Если выдержку в соляной ванне при охлаждении сделать менее 1,9 сек/мм, то градиент температуры по объему инструмента будет большим, а значит, и внутренние напряжения в инструменте будут завышенными.

Если выдержку в соляной ванне сделать более 2,0 сек/мм, то снижается твердость инструмента, и, как следствие, снижается стойкость и работоспособность инструмента.

Дальнейшее охлаждение инструмента с толщиной (диаметром) рабочей части не более 20 мм до температуры окружающей среды проводят на воздухе. Это обеспечивает минимальные внутренние напряжения, а значит, и минимальное коробление, и не приводит к снижению твердости инструмента.

Для инструмента с толщиной (диаметром) рабочей части более 20 мм охлаждение осуществляют в жидких средах, а затем охлаждают на воздухе до температуры окружающей среды. Охлаждение в жидких средах позволит исключить снижение твердости инструмента толщиной (диаметром) рабочей части более 20 мм.

Если инструмент с толщиной (диаметром) не более 20 мм охлаждать в жидких средах после охлаждения в соляной ванне с выдержкой, то это приведет к увеличению коробления.

Если инструмент с толщиной (диаметром) более 20 мм охлаждать на воздухе после охлаждения в соляной ванне с выдержкой, то это приведет к снижению твердости инструмента, а значит, и к снижению его эксплуатационной стойкости.

Затем проводят отпуск инструмента из быстрорежущей стали.

Благодаря тому, что после нагрева до температуры закалки и выдержки при этой температуре, инструмент охлаждают в соляной ванне при температуре 810-860°C с выдержкой 1,9-2,0 сек/мм, но не более 1 минуты, дальнейшее охлаждение инструмента с толщиной (диаметром) рабочей части не более 20 мм до температуры окружающей среды проводят на воздухе, для инструмента с толщиной (диаметром) рабочей части более 20 мм охлаждение осуществляют в жидких средах, а затем охлаждают на воздухе до температуры окружающей среды, достигается снижение закалочных напряжений и, как следствие, устранение коробления, уменьшение вероятности трещинообразования, и повышение работоспособности инструмента.

Предлагаемый способ закалки позволяет быстро охладить тонкие и толстые части инструмента с небольшой разницей по температуре между ними. Это позволяет уменьшить термические и структурные напряжения, а значит, уменьшить и коробление деталей. Ограниченное время нахождения в соляной ванне не приводит к снижению твердости и других механических свойств стали.

Предлагаемый способ закалки удобен в производственной практике и не требует дополнительного термического оборудования, так как для охлаждения можно использовать соляную ванну, предназначенную для предварительного нагрева инструмента перед его окончательным нагревом.

Примеры реализации способа.

Инструмент протяжку из стали Р12М3К5Ф2МП подвергают термической обработке для придания ей заданной твердости. Протяжка имеет следующие размеры: длина 500 мм, высота 57 мм, толщина рабочей части 6 мм, толщина подошвы 22 мм.

После нагрева и выдержки под закалку проводят охлаждение протяжки в соляной ванне при температуре 850°C±10°C в течение 42 сек. Дальнейшее охлаждение осуществляют на воздухе под прессом. Затем выполняют трехкратный отпуск при температуре 560°C±10°C. В результате, после осуществления предлагаемого способа закалки инструмента из быстрорежущей стали получаем твердость 67HRC.

Пример 2.

Червячная фреза из стали Р9М4К8 имеет следующие размеры: диаметр 124 мм, высота 120 мм, диаметр посадочного отверстия 32 мм, высота зуба 22 мм.

После нагрева и выдержки под закалку фрезу охлаждают в соляной ванне при температуре 850°C±10°C в течение 48 сек. Затем инструмент охлаждают в соляной ванне при температуре 560°C±10°C в течение 3 мин. Далее проводят охлаждение на воздухе и трехкратный отпуск при температуре 550°C±10°C. После такой термической обработки инструмент имеет твердость 66 HRC.

Способ термической обработки инструмента из быстрорежущей стали, включающий нагрев инструмента до температуры закалки, выдержку, охлаждение до температуры окружающей среды и отпуск, отличающийся тем, что после нагрева до температуры закалки и выдержки при этой температуре инструмент охлаждают в соляной ванне при температуре 810-860°C с выдержкой 1,9-2,0 сек/мм, которая не превышает 1 минуту, при этом дальнейшее охлаждение до температуры окружающей среды инструмента с толщиной или диаметром его рабочей части не более 20 мм проводят на воздухе, а охлаждение инструмента с толщиной или диаметром рабочей части более 20 мм проводят в жидких средах и затем охлаждают на воздухе до температуры окружающей среды.

Изобретение относится к области машиностроения. Техническим результатом изобретения является обеспечение характеристик пластичности, вязкости, прочности материала литых штампов после упрочняющей термической обработки не ниже соответствующих характеристик инструмента, изготовленного из кованых заготовок.

Способ термической обработки штампов и пресс-форм // 2527575

Изобретение относится к области машиностроения и может быть использовано для термической обработки штампов из полутеплостойких и теплостойких сталей повышенной вязкости, к примеру 5ХНМ и 4Х5МФС, а также пресс-форм из стали 4Х5МФС.

Способ подготовки структуры стали к дальнейшей термической обработке // 2526341

Изобретение относится к области машиностроения и металлургии. Для повышения твердости и увеличения глубины прокаливаемости осуществляют предварительную обработку путем нагрева изделия выше критической точки стали, из которой изготовлено это изделие, выдержки и последующего охлаждения на воздухе, причем в процессе охлаждения к изделию прикладывают ударно-импульсные колебания с частотой нанесения ударов от 30 до 10000 герц, а затем проводят закалку.

Способ повышения физико-механических свойств инструментальных и конструкционных материалов методом объемного импульсного лазерного упрочнения (оилу) // 2517632

Изобретение относится к области машиностроения, в частности к обработке лазером при изготовлении и ремонте различных машин и механизмов. Для повышения физико-механических свойств инструментальных и конструкционных материалов осуществляют лазерную обработку изделий с использованием лазера импульсного действия при полезной энергии импульса 60-500 Дж, плотности мощности импульса 1,2·1010-4,3·1011 Вт/м2, длине волны 1,064·10-6 м, продолжительности импульса 0,8·10-3 с, диаметре луча 1,2·10-3-2,5·10-3 м и расстоянии от места облучения до упрочняемой поверхности 12-30 мм.

Способ термической обработки режущего инструмента с напаянной твердосплавной пластиной // 2517093

Изобретение относится к области машиностроения, в частности к инструментальному производству, для упрочнения режущего инструмента с напаянной твердосплавной пластиной.

Сталь, способ изготовления стальной заготовки и способ изготовления детали из этой стали // 2496907

Изобретение относится к области металлургии, а именно к стали, используемой для изготовления деталей режущих инструментов. Сталь содержит, в мас.%: от 0,28 до 0,5 С, от 0,10 до 1,5 Si, от 1,0 до 2,0 Mn, максимум 0,2 S, от 1,5 до 4 Cr, от 3,0 до 5 Ni, от 0,7 до 1,0 Mo, от 0,6 до 1,0 V, от следовых количеств до общего максимального содержания 0,4% мас.

Способ изготовления инструментального композиционного материала // 2483123

Изобретение относится к области металлургии и может быть использовано в машиностроении для производства дешевого инструмента, в частности выглаживателей для деталей из цветных металлов.

Способ упрочнения наплавленной быстрорежущей стали // 2483120

Изобретение относится к области машиностроения, а именно к упрочняющей обработке наплавленной быстрорежущей стали на поверхности заготовки, применяемой для изготовления инструмента повышенной стойкости.

Способ термической обработки бойков и тяжелонагруженных штампов // 2471878

Изобретение относится к области машиностроения. .

Способ повышения работоспособности твердосплавного режущего инструмента методом импульсной лазерной обработки (ило) // 2460811

Изобретение относится к области термической обработки режущего инструмента. .

Способ упрочнения изнашиваемых поверхностей деталей // 2534885

Изобретение относится к области термомеханической обработки деталей и может быть использовано для упрочнения рабочих трущихся поверхностей рельс и колес подвижного состава, в частности изобретение относится к способу упрочнения изнашиваемых поверхностей деталей, преимущественно поверхности катания и гребня железнодорожных колесных пар.

Способ нагрева и закалки зубчатых колес и устройство для его осуществления // 2534047

Изобретение относится к области индукционного нагрева и термообработки деталей сложной формы, при проведении которой используют комбинацию различных режимов индукционного нагрева, характеризуемых различными частотами тока.

Профилированная стальная проволока с высокими механическими характеристиками, стойкая к водородному охрупчиванию // 2533573

Изобретение относится к производству профилированной проволоки из низколегированной углеродистой стали, предназначенной для использования в качестве компонента в гибких трубах для морской нефтедобычи.

Защитное покрытие для сталей и сплавов // 2533509

Изобретение относится к защитным покрытиям для сталей и сплавов от окисления при технологических нагревах. Технический результат изобретения заключается в создании защитного покрытия, обладающего повышенной до 1250°C рабочей температурой, и увеличении времени работоспособности его при нагревах до 1250°C.

Способ термической обработки стальных заготовок // 2532874

Изобретение относится к области металлургии. Способ термической обработки заготовок под холодную пластическую деформацию, преимущественно для сталей с машин непрерывного литья, предусматривает аустенитизацию при температуре Ас3+(100-150°С), выдержку, охлаждение со скоростью более 20°С/мин до температуры 680-700°С, диффузионное превращение переохлажденного аустенита при различных температурах по схеме 680-660-640-600°С с выдержкой при каждой температуре 60-80 минут с завершением охлаждения на воздухе.

Высокоизносостойкие лезвия для гранулятора и способ их заточки // 2532206

Изобретение относится к инструментам, в частности к ножам для гранулирования термопластичных полимеров и способу их заточки. Нож выполнен из инструментальной стали для холодной обработки, имеющей твердость менее 65 единиц по шкале С Роквелла.

Защитное покрытие для сталей и сплавов // 2530283

Изобретение относится к защитным покрытиям для сталей и сплавов от окисления при технологических нагревах. Технический результат изобретения заключается в уменьшении сцепления покрытия к сталям и увеличении вязкости покрытия при сохранении температуроустойчивости до 1150°C.

Упрочненная структура титанового сплава для применения в зубчатых колесах трансмиссий // 2529322

Изобретение относится к области обработки металлических изделий для упрочнения путем изменения их физической структуры и может быть использовано для получения дисперсионно-упрочненной структуры металлического сплава зубчатого колеса трансмиссии.

Стенд лазерной закалки опорной поверхности игл вращения высокоскоростных центрифуг // 2527979

Изобретение относится к устройствам термообработки стальных изделий непосредственным действием волновой энергии и может быть применено в серийном производстве газовых центрифуг на рабочем месте выполнения технологической операции лазерной закалки торцевой поверхности малогабаритной опорной иглы.

Способ термической обработки штампов и пресс-форм // 2527575

Способ защиты поверхности деталей при нагреве в печах // 2535818

Изобретение относится к способам защиты поверхности деталей во время их термической обработки. Способ защиты поверхности металлических деталей при нагреве в печах включает помещение деталей в емкость, засыпку их стружкой, закрывание емкости крышкой и нагрев. Используют стружку, полученную при обработке титана или его сплавов с насыпной массой не менее 0,2 г/см3. Слой стружки над деталями составляет не менее 10 мм, а температура нагрева - не менее 600°C. Техническим результатом является получение поверхности деталей после нагрева без окисных пленок при отсутствии обезуглероженного и науглероженного поверхностного слоя.