Способ термического улучшения инструмента


 


Владельцы патента RU 2547978:

Доронин Игорь Владимирович (RU)

Изобретение относится к области металлургии и может быть использовано для термической обработки инструмента из кобальтсодержащей быстрорежущей стали. Для повышения эксплуатационной стойкости инструмента осуществляют закалку путем нагрева инструмента до температуры 1190-1220°C с последующим охлаждением водой и отпуск за 5-7 циклов путем нагрева до температуры 500-520°C при длительности выдержки при температуре нагрева в каждом цикле 1-3 ч. 1 табл.

 

Изобретение относится к области металлургии и может быть использовано для термической обработки инструмента из кобальтсодержащей быстрорежущей стали.

Известен способ термического улучшения быстрорежущей стали, согласно которому проводят закалку изделия от температуры 1230-1250°C и последующий трехкратный отпуск при температуре 560°C [1].

Известен также способ термической обработки литой быстрорежущей стали, по которому производят закалку и многоцикловый отпуск, причем первый цикл производят нагревом на 80-90°C выше принятой температуры закалки, а последующие циклы - на 10-15°C выше нее, при этом охлаждение при термоциклировании осуществляют на 40-50°C выше точки Ac1 [2].

Недостатки известных способов [1, 2] состоят в том, что они не обеспечивают достижения предельно возможной твердости инструмента из быстрорежущей кобальтсодержащей стали, что приводит к снижению стойкости инструмента.

Ближайшим аналогом к предлагаемому изобретению является способ термической обработки быстрорежущей стали, включающий нагрев, закалку и последующий отпуск, по которому отпуск осуществляют путем термоциклирования, при этом первый и четвертый циклы проводят при 590-600°C с выдержкой 1-5 мин, второй, третий и последующие циклы - при 520-530°C с выдержкой 1-5 мин, а охлаждение после каждого нагрева ведут со скоростью 5-15°C/с. Кроме того, количество циклов составляет 5-10 [3].

Недостаток известного способа состоит в том, что быстрорежущая кобальтсодержащая сталь после такого термического улучшения (закалка + многоцикловый отпуск) имеет низкую твердость и вязкость, вследствие чего склонна к выкрошкам при обработке металлов резанием. Это снижает стойкость инструмента.

Техническая задача, решаемая изобретением, состоит в повышении стойкости инструмента из быстрорежущей кобальтсодержащей стали.

Для решения технической задачи в известном способе термического улучшения инструмента из быстрорежущей стали, включающем закалку и многоцикловый отпуск путем нагревов, выдержек и охлаждений, согласно изобретению закалку осуществляют нагревом до температуры 1190-1220°C с последующим охлаждением водой, а отпуск проводят за 5-7 циклов путем нагрева до температуры 500-520°C при длительности выдержки при температуре нагрева в каждом цикле 1-3 ч.

Сущность изобретения состоит в следующем. В кобальтовых быстрорежущих сталях, как показали наши исследования, в процессе отпуска происходит выделение дисперсных частиц интерметаллидов. Отпуск за 5-7 циклов с выдержками в каждом цикле в течение 1-3 ч при температуре 500-520°C обеспечивает выделение наиболее дисперсных частиц интерметаллидов, что приводит к предельному повышению твердости (до 74 HRC) в кобальтовых быстрорежущих сталях. При этом наличие кобальта ускоряет выделение дисперсных карбидов, сдвигая начало интенсивного их образования в сторону более низких температур отпуска, и дополнительно повышает твердость за счет измельчения частиц интерметаллидов. Интерметаллиды кобальта способствуют максимальному повышению твердости на стадии предвыделения, при этом температура отпуска 500-520°C не приводит к потере твердости металлической матрицы, которая также сохраняет высокую вязкость, характеризуемую изгибным напряжением σизг.

Экспериментально установлено, что при температуре закалки выше 1220°C происходит рост зерен микроструктуры и ослабление границ зерен, что снижает стойкость инструмента. Снижение температуры закалки менее 1190°C приводит к падению твердости термоулучшенной кобальтсодержащей стали, что снижает стойкость инструмента.

Также экспериментально установлено, что сокращение циклов отпуска менее 5 не позволяет перевести весь остаточный аустенит, сохранившийся после закалки, в мартенсит отпуска, что снижает стойкость режущего инструмента. Увеличение количества циклов отпуска более 7 не ведет к дальнейшему увеличению твердости и стойкости режущего инструмента, а лишь увеличивает длительность процесса отпуска и энергозатраты на его реализацию.

Снижение температуры отпуска менее 500°C, как и сокращение времени выдержки в каждом из циклов менее 1 ч не обеспечивает выделения максимально возможного количества упрочняющих дисперсных карбидов и интерметаллидов, что снижает стойкость режущего инструмента. Повышение этой температуры сверх 520°C, как и увеличение времени выдержки более 3 ч ведет к снижению твердости закаленной металлической матрицы и быстрому затуплению резца, что недопустимо.

Примеры реализации способа

Резцы из быстрорежущей кобальтсодержащей стали марки 130Р12М3К10, содержащей по массе 10% Co, подвергают нагреву до температуры закалки Tз=1200°C, после чего закаливают водой.

Закаленные резцы помещают в нагревательную печь и производят их нагрев до температуры отпуска Tо=510°C, при которой выдерживают в печи в течение времени τ=2 ч. По истечении времени выдержки резцы извлекают из печи и охлаждают на воздухе, что соответствует одному циклу отпуска. Затем цикл отпуска повторяют n=6 раз при тех же параметрах, т.е. осуществляют 6 полных циклов. По завершению всех циклов производят измерение твердости резцов, которая составляет 74 HRC. Одновременно с упрочнением металлическая матрица резцов приобретает высокие вязкостные свойства: σизг=3100 МПа.

Готовые резцы используют для высокоскоростной токарной обработки (переточки) закаленных валков профилегибочного стана. Благодаря использованию данного режима термического улучшения каждый резец из быстрорежущей кобальтсодержащей стали обеспечивает твердое точение без замены резца N=5 валков из закаленной стали марки 9ХФ профилегибочного стана 1-4х50-300 диаметром 260-280 мм без потери производительности и качества твердого точения.

Варианты реализации предложенного способа и показатели их эффективности представлены в таблице.

Из данных, представленных в таблице, следует, что при реализации предложенного способа (варианты №2-4) резцы приобретают максимальную твердость 71-72 HRC и сохраняют высокую вязкость σизг=3000-3100 МПа. Благодаря этому стойкость инструмента повышается до N=4-5 валков, обрабатываемых одним резцом. При запредельных значениях заявленных параметров (варианты №1 и №5) твердость и стойкость инструмента снижаются.

Резцы из быстрорежущей кобальтсодержащей стали, обработанные по известному способу [3], имели твердость 67 HRC и допускали переточку N=1-2 валков профилегибочного стана.

Технико-экономические преимущества предложенного способа заключаются в том, что закалка водой инструмента из кобальтсодержащей быстрорежущей стали от температуры 1190-1220°C и последующий отпуск за 5-7 циклов с выдержками в цикле 1-3 ч при температуре 500-520°C обеспечивает достижение предельной твердости при сохранении высокой вязкости металла. Благодаря этому имеет место повышение эксплуатационной стойкости инструмента.

В качестве базового объекта принята существующая технология упрочнения резцов в инструментальном цехе ОАО «Северсталь». Использование предложенного способа обеспечивает повышение рентабельности подготовки валков профилегибочного стана в среднем на 20-27%.

Литературные источники

1. Патент РФ №1458419, МПК C22C 38/28, 1989 г.;

2. Патент РФ №1178109, МПК C21D 9/22, 2013 г.;

3. Патент РФ №1290714, МПК C21D 9/22, 2013 г.

Способ термической обработки инструмента из кобальтсодержащей быстрорежущей стали, включающий закалку и многоцикловый отпуск путем нагрева, выдержки и охлаждения, отличающийся тем, что закалку осуществляют путем нагрева до температуры 1190-1220°C с последующим охлаждением водой, а отпуск проводят за 5-7 циклов путем нагрева до температуры 500-520°C при длительности выдержки при температуре нагрева в каждом цикле 1-3 ч.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к металлургии, преимущественно к области термомеханической обработки низколегированных сталей, и может быть использовано для изготовления ответственных элементов конструкций, крепежных изделий различного назначения.
Изобретение относится к области машиностроения и может быть использовано для термической обработки режущего инструмента, например протяжек небольшого диаметра, метчиков и других мелких инструментов.
Изобретение относится к области металлообработки и может найти применение в машиностроении. Техническим результатом изобретения является улучшение эксплуатационных характеристик оправок за счет значительного повышения их жёсткостных и демпфирующих параметров.

Изобретение относится к инструментальному производству, а именно изготовлению металлорежущего инструмента с применением наплавки. Способ изготовления наплавленного режущего инструмента включает механическую и термическую обработку корпуса, наплавку быстрорежущей сталью рабочего слоя, его поверхностное пластическое деформирование и высокотемпературный отпуск.
Изобретение относится к области термической обработки быстрорежущих сталей и может быть использовано преимущественно для термической обработки длинномерного инструмента и инструмента сплошной формы.
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.
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.
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.

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.

Изобретение относится к области машиностроения, в частности к инструментальному производству, для упрочнения режущего инструмента с напаянной твердосплавной пластиной.
Изобретение относится к области термической обработки и может найти применение в машиностроении. Для повышения качества поверхности деталей благодаря повышению эффективности действия титана по раскислению расплава, особенно качества поверхности острых кромок инструмента с сохранением их высокой твердости, осуществляют погружение инструмента в расплав соли, нагревают его до температуры термообработки и затем охлаждают, при этом расплав соли в ванне раскисляют титаном. Новым является то, что раскисляют слой расплава, контактирующий с инструментом, для чего перед погружением в расплав соли инструмент упаковывают в титановую фольгу, так что расстояние между титановой фольгой и поверхностью инструмента не более 5 мм. 1 пр.

Изобретение относится к технологии объемного упрочнения и может быть использовано в машиностроении и других отраслях промышленности, где используется режущий инструмент, технологическая оснастка и др. металлические изделия. Для повышения ударной стойкости при одновременном сохранении исходной высокой твердости и износостойкости изделий, а также повышения стабильности процесса обработку осуществляют за два цикла упрочнения, каждый из которых состоит из нагрева до температуры, равной 10-30% температуры плавления изделия, и выдержки в течение времени, равного не менее 1,6 минуты на один миллиметр наибольшего размера упрочняемого изделия, последующего аэродинамического воздействия колебаний звуковой частоты в пределах 160-800 Гц в течение времени, равного 30-40% от времени выдержки на первом цикле упрочнения и 20-30% от времени выдержки на втором цикле упрочнения, воздухом при давлении на каждом из циклов в диапазоне от 1,5 бар до 2,0 бар с часовым потреблением воздуха на первом цикле в объеме 2,5-2,9 м3 и с увеличенным на 70-80% часовым потреблением воздуха по сравнению с первым циклом на втором цикле, после которых производят два цикла старения при температуре 150-170°C в течение времени, равного времени выдержки, с последующим охлаждением на воздухе до полного остывания. 1 ил.

Изобретение относится к области металлургии и главным образом к способам термообработки быстрорежущей стали для упрочнения режущего инструмента, и который изготовлен преимущественно из прокованной или порошковой быстрорежущей стали. Для повышения эксплуатационной стойкости инструмента, предназначенного для резания труднообрабатываемых сплавов, инструмент из быстрорежущей стали термоциклируют в интервале между температурой начала мартенситных превращений и температурой плавления, ступенчато закаливают от температуры, превышающей температуру полиморфного превращения, нагрев под которую совмещен с последним нагревом при термоциклировании, и отпускают. Причем закалочное охлаждение инструмента осуществляют в два этапа: сначала охлаждают в соляной ванне, имеющей температуру 630-650°C, выдерживают там 0,5-1,5 мин, а затем охлаждают в масле. В результате термообработки быстрорежущей стали происходит более полное измельчение структуры, увеличение количества износостойких карбидов типа МеС и степени легированности мартенсита, формирование мозаично-дискретной и функционально-градиентной структур, что повышает работоспособность инструмента при резании труднообрабатываемых сплавов. 1 з.п. ф-лы, 1 табл.

Изобретение относится к машиностроению, в частности к области термической обработки инструмента. Способ упрочнения разделительного штампа включает лазерную закалку боковых рабочих поверхностей путем оплавления припусков за один проход при перемещении луча лазера по стыку припусков и последующий лазерный отпуск. После лазерной закалки выполняют обработку холодом до температуры окончания мартенситного превращения, а лазерный отпуск выполняют с помощью непрерывного излучения многоканального CO2 лазера на режимах, обеспечивающих нагрев стали в зоне закалки в интервале температур Ac1÷560°C, где Ac1 - критическая температура, при которой в стали начинает формироваться аустенит: мощность лазерного излучения P при выполнении лазерного отпуска в 4÷5 раз меньше, чем при выполнении лазерной закалки, скорость сканирования луча ν и диаметр пятна излучения d на обрабатываемой поверхности для выполнения лазерной закалки и лазерного отпуска одинаковы. 2 ил.
Изобретение относится к области обработки черных металлов, а более конкретно к обработке металлорежущего инструмента из быстрорежущей стали. Для повышения стойкости инструмента рабочую часть стандартно термоупрочненного инструмента из быстрорежущей стали подвергают воздействию пульсирующего дозвукового воздушного потока, имеющего частоту 1130-2100 Гц и звуковое давление 120-140 дБ при комнатной температуре в течение 10-20 мин. Изобретение позволило повысить стойкость стандартно термоупрочненного металлорежущего инструмента из быстрорежущей стали в 2-2,5 раза.

Изобретение относится к области упрочняющей обработки изделий из твердых сплавов. Техническим результатом изобретения является повышение ресурса работы инструментов, деталей машин и механизмов, работающих в условиях резания, трения и абразивного износа. Для достижения технического результата рабочую поверхность инструмента или изделия из твердого сплава облучают импульсным сильноточным электронным пучком с энергией 10-30 кэВ при длительности импульсов облучения 150-200 мкс и количеством импульсов 10-30, при давлении плазмообразующих газов в рабочей камере облучения 0,02-0,03 Па и плотности энергии в электронном пучке 40-60 Дж/см2, при этом в качестве плазмообразующего газа для получения электронного пучка используются инертные газы криптон или ксенон. 6 ил., 3 табл.
Наверх