Способ упрочнения инструмента из быстрорежущей стали



Способ упрочнения инструмента из быстрорежущей стали
Способ упрочнения инструмента из быстрорежущей стали
C21D1/09 - 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 2620656:

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Тверской государственный технический университет" (RU)

Изобретение относится к машиностроению, в частности к области термической обработки сталей, и может быть использовано на машиностроительных заводах в инструментальном производстве при изготовлении режущего и штампового инструмента. Способ упрочнения инструмента из быстрорежущей стали включает объемную термообработку, состоящую из закалки и низкотемпературного отпуска, упрочнение рабочих поверхностей инструмента лазерной закалкой, кратковременный отпуск путем нагрева инструмента в печи в течение от 3 до 5 минут при температуре от 550 до 560°С и чистовую механическую обработку оплавленных поверхностей. Данный способ обеспечивает повышение износостойкости быстрорежущей стали и уменьшение времени выполнения отпуска. 1 табл., 2 ил.

 

Изобретение относится к машиностроению, в частности к области термической обработки сталей, и может быть использовано на машиностроительных заводах в инструментальном производстве при изготовлении режущего и штампового инструмента из быстрорежущей стали.

Известен способ термической обработки быстрорежущей стали (Материаловедение: Учебник для вузов/ Б.Н. Арзамасов, В.И. Макарова, Г.Г. Мухин и др. - М: Изд-во МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2001. С. 614-618), включающий в себя закалку и трехкратный отпуск при температуре от 540 до 560°С. В термически обработанном состоянии быстрорежущие стали имеют фазовый состав, состоящий из мартенсита отпуска, 3…5% остаточного аустенита и карбидов.

Данный способ упрочнения не обеспечивает максимально высокого уровня износостойкости быстрорежущей стали, а следовательно, и стойкости изготовленного из нее инструмента, поскольку после многократного отпуска основной структурной составляющей стали является высокоотпущенный низкоуглеродистый мартенсит, обедненный углеродом и легирующими компонентами.

Наиболее близким по технической сущности является способ упрочнения разделительного штампа (RU 2452780, МПК C21D 9/22, C21D 1/09, 2011 г.), включающий механическую обработку с выполнением припуска на оплавление, объемную закалку, низкотемпературный отпуск, лазерную закалку, а также отпуск при температуре от 550 до 560°С в течение 1 часа и чистовую механическую обработку оплавленных поверхностей.

Недостатком данного способа является то, что он не обеспечивает максимально высокого уровня износостойкости быстрорежущей стали, а следовательно, и стойкости изготовленного из нее инструмента, поскольку после однократного или многократного высокотемпературного отпуска длительностью 1 час основной структурной составляющей стали является низкоуглеродистый мартенсит, обедненный углеродом и легирующими компонентами. Кроме этого, к недостатку данного способа упрочнения можно отнести нерациональное использование энергетических и временных ресурсов из-за неоправданно длительного времени отпуска после лазерной закалки.

В основу настоящего изобретения положена задача разработки способа упрочнения, позволяющего более рационально использовать энергетические и временные ресурсы при термоупрочнении инструмента из быстрорежущей стали.

Техническим результатом является повышение износостойкости быстрорежущей стали и эксплуатационной стойкости инструмента.

Поставленная задача и указанный технический результат достигаются тем, что используют способ упрочнения инструмента из быстрорежущей стали, включающий механическую обработку с выполнением припуска на оплавление, объемную закалку, низкотемпературный отпуск, лазерную закалку, а также отпуск при температуре от 550 до 560°С и чистовую механическую обработку оплавленных поверхностей, отличающийся тем, что после лазерной закалки отпуск выполняют путем однократного кратковременного нагрева инструмента в печи в течение от 3 до 5 минут.

Выполнение однократного кратковременного отпуска при температуре от 550 до 560°С позволяет упрочнить быстрорежущую сталь в зоне лазерной закалки за счет процессов дисперсионного твердения, снизить количество остаточного аустенита, сохранив в мартенсите повышенное количество углерода и легирующих компонентов.

При лазерной закалке упрочняется поверхностный слой стали на глубину от 0,5 до 3 мм в зависимости от режима. Время однократного отпуска в предлагаемом способе упрочнения быстрорежущей стали от 3 до 5 минут достаточно для нагрева закаленного лазером металла до требуемой температуры на требуемую глубину и прохождения в нем процессов дисперсионного твердения. Увеличение времени выдержки более 5 минут обедняет мартенсит углеродом и легирующими компонентами, снижает эксплуатационные характеристики инструмента и экономическую эффективность способа. Уменьшение времени выдержки менее 3 минут не обеспечивает прохождения в стали процессов дисперсионного твердения в нужном объеме.

Изобретение поясняется чертежами, где на фиг. 1. представлен график упрочнения быстрорежущей стали известным способом (прототип), на фиг. 2 представлен график упрочнения быстрорежущей стали предлагаемого изобретения.

Сущность изобретения иллюстрируется следующими примерами.

Пример 1

Образцы стали марки Р6М5 (ГОСТ 19265-73) после объемной закалки 1220°С и отпуска в течение 1 часа при температуре 200°С обрабатывали непрерывным лазерным излучением многоканального СO2-лазера на автоматизированном комплексе АЛТКУ-3. Лазерную закалку с оплавлением поверхности выполняли на следующем режиме: мощность излучения 2,5 кВт, скорость сканирования 10 мм/с, диаметр пятна лазерного излучения 6 мм. Далее проводили кратковременный однократный отпуск образцов в печи при температуре 550°С в течение 5 минут с последующим охлаждением на воздухе.

При кратковременном отпуске произошло упрочнение быстрорежущей стали в зоне лазерной закалки за счет процессов дисперсионного твердения. Количество остаточного аустенита составляло 6…7%. При кратковременном отпуске в мартенсите сохранялось повышенное количество углерода и легирующих компонентов. Был достигнут технический результат - повышение износостойкости материала, то есть снижение интенсивности и скорости изнашивания образцов. Результаты испытаний на абразивное изнашивание исследуемых образцов представлены в таблице.

В качестве критерия износостойкости были приняты характеристики изнашивания (ГОСТ 27674-88): линейная интенсивность изнашивания Ih, равная отношению величины линейного износа h к пути трения Lтр под нагрузкой, вызывающей данный износ (Ih=h/Lтр); скорость изнашивания u, равная отношению величины объемного износа V (объема удаленного материала) к интервалу времени t, в течение которого он возник (u=V/t). Износостойкость материала оценивается величиной, обратной интенсивности или скорости изнашивания.

Испытание на изнашивание стальных образцов проводили о закрепленный абразив по схеме шар - плоскость. В качестве контробразца использовали сферический наконечник с алмазным напылением. Каждый образец подвергался испытанию в течение 10 часов. Общий путь трения составлял 7200…8600 м. Геометрические размеры дорожки изнашивания определяли по профилограмме, снятой перпендикулярно дорожке трения.

Пример 2

Пример осуществлялся аналогично приведенному выше примеру, но однократный отпуск проводили при температуре 550°С в течение 1 часа с последующим охлаждением на воздухе.

При отпуске произошло упрочнение быстрорежущей стали в зоне лазерной закалки за счет процессов дисперсионного твердения. Количество остаточного аустенита 6…7%. При отпуске длительностью 1 час произошло обеднение мартенсита углеродом и легирующими компонентами, что привело к снижению износостойкости материала, то есть более высоким значениям интенсивности и скорости изнашивания образца по сравнению с примером 1 (см. табл.)

Пример 3

Пример осуществлялся аналогично приведенному выше примеру, но выполняли трехкратный отпуск при температуре 550°С длительностью 1 час каждый с последующим охлаждением на воздухе.

При отпуске произошло упрочнение быстрорежущей стали в зоне лазерной закалки за счет процессов дисперсионного твердения. Количество остаточного аустенита 3%. При трехкратном отпуске длительностью 1 час каждый произошло обеднение мартенсита углеродом и легирующими компонентами, что привело к снижению износостойкости материала образца по сравнению с примером 1 (см. табл.).

Анализ данных таблицы показал, что однократный кратковременный отпуск после лазерной закалки позволяет получить в стали структуру, обеспечивающую более высокие эксплуатационные характеристики материала по сравнению с известным способом термообработки за счет сохранения в мартенсите повышенного количества углерода и легирующих компонентов.

На основании проведенной работы можно сделать вывод, что поставленная задача - повысить износостойкость быстрорежущей стали достигнута. Согласно данным таблицы, величины характеристик изнашивания образцов, упрочненных по предлагаемому способу, понизились более чем на 30%, следовательно, износостойкость повысилась по сравнению с известным способом упрочнения. Это является предпосылкой к повышению эксплуатационной стойкости инструмента. Повысилась экономическая эффективность упрочнения инструмента за счет уменьшения времени выполнения отпуска.

Предлагаемое изобретение находится на стадии опытно-промышленных исследований и испытаний.

Способ упрочнения инструмента из быстрорежущей стали, включающий механическую обработку с выполнением припуска на оплавление, объемную закалку, низкотемпературный отпуск, лазерную закалку, а также отпуск при температуре от 550 до 560°C и чистовую механическую обработку оплавленных поверхностей, отличающийся тем, что после лазерной закалки отпуск выполняют путем однократного кратковременного нагрева инструмента в печи в течение от 3 до 5 минут.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к области металлургии и может быть использовано при термической обработке режущих инструментов. Для повышения надежности и долговечности протяжек с плоскими гранями её подвергают трехступенчатому нагреву, при этом на первой ступени нагревают не менее 1 часа в камерной печи с температурой менее 600°С, но превышающей 560°С, на второй ступени - в соляном расплаве с температурой свыше 850°С, но не превышающей 900°С, в течение времени, определяемого из соотношения 15-25 секунд на миллиметр ширины корпуса протяжки, на третьей ступени - в соляном расплаве с температурой ниже 1270°С, но не менее 1160°С, в течение времени, определяемого из соотношения 10-15 секунд на миллиметр ширины корпуса протяжки, проводят охлаждение на воздухе до 980-1020°С, а затем в минеральном масле в течение 45-60 с до 590-610°С, определяют величину и направление продольного прогиба протяжки, укладывают горячую протяжку выпуклой гранью на поверочную плиту и совершают перемещения протяжки по поверочной плите до снижения ее прогиба до заданной величины, затем протяжку охлаждают в подвешенном положении до температуры мартенситного превращения металла протяжки.

Изобретение относится к упрочняющей обработке металлов с использованием концентрированных потоков энергии, в частности к получению на техническом титане ВТ1-0 поверхностных слоев с градиентной многофазной структурой, которые могут быть использованы для повышения ресурса работы деталей машин и механизмов, работающих в условиях многоциклового усталостного разрушения.
Изобретение относится к области металлургии, в частности к химико-термической обработке изделий из инструментальных сталей. Для увеличения глубины азотируемого слоя за короткий промежуток времени, повышения износостойкости перетачиваемого инструмента, изготовленного из отожженной заготовки, инструмент нагревают в вакуумной камере в среде аргона при давлении 0,2-0,67 Па до температуры не ниже 450° и не выше Ac1-(50-70)°C с обеспечением ионной очистки поверхности, затем при указанной температуре нагрева осуществляют ионно-плазменное азотирование в плазме азота или смеси газов аргона и азота с концентрацией азота не менее 20% путем двухступенчатого вакуумно-дугового разряда, при этом сила тока дуги составляет (80-100)±0,5А, а сила тока дополнительного анода - (70-90)±0,5 А при подаче на инструмент напряжения смещения в диапазоне от -50 В до -900 В в течение 0,5-2 час, охлаждение ведут в камере, а закалку и отпуск проводят по стандартному режиму для данной стали с получением азотированного слоя глубиной 2-2,5 мм.

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.
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 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.

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.

Изобретение относится к технологии объемного упрочнения и может быть использовано в машиностроении и других отраслях промышленности, где используется режущий инструмент, технологическая оснастка и др.
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.

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.

Изобретение относится к импульсному электронно-пучковому полированию поверхности металлических изделий, полученных селективным спеканием порошка. На поверхность изделия с исходной шероховатостью воздействуют импульсным пучком в вакууме при давлении (2-5)⋅10-2 Па, энергии электронов 15-25 кэВ, длительности импульсов 150-200 мкс и плотности энергии в импульсе 40-60 Дж/см2.

Изобретение относится к области металлургии и может быть использовано при термической обработке режущих инструментов. Для повышения надежности и долговечности протяжек с плоскими гранями её подвергают трехступенчатому нагреву, при этом на первой ступени нагревают не менее 1 часа в камерной печи с температурой менее 600°С, но превышающей 560°С, на второй ступени - в соляном расплаве с температурой свыше 850°С, но не превышающей 900°С, в течение времени, определяемого из соотношения 15-25 секунд на миллиметр ширины корпуса протяжки, на третьей ступени - в соляном расплаве с температурой ниже 1270°С, но не менее 1160°С, в течение времени, определяемого из соотношения 10-15 секунд на миллиметр ширины корпуса протяжки, проводят охлаждение на воздухе до 980-1020°С, а затем в минеральном масле в течение 45-60 с до 590-610°С, определяют величину и направление продольного прогиба протяжки, укладывают горячую протяжку выпуклой гранью на поверочную плиту и совершают перемещения протяжки по поверочной плите до снижения ее прогиба до заданной величины, затем протяжку охлаждают в подвешенном положении до температуры мартенситного превращения металла протяжки.

Изобретение относится к лакокрасочным покрытиям на металлических поверхностях и может быть использовано при формировании лакокрасочного покрытия на изделиях из древесины и древесных материалах.

Изобретение относится к области термической обработки. Для увеличения долговечности рельса согласно настоящему изобретению устройство термической обработки для снятия напряжений рельса, который сварен, содержит катушку индукционного нагрева, которую размещают на боковой поверхности шейки рельса на расстоянии от центра сварного шва рельса от 20 до 300 мм в продольном направлении рельса.

Изобретение относится к области металлургии и может быть использовано при термической обработке литых изделий, предназначенных для работы при низких температурах до -60°С в районах Сибири и Крайнего Севера.

Изобретение относится к области металлургии. Для обеспечения равномерного нагрева листа из холоднокатаной электротехнической стали, улучшения качества формы листа стали и его магнитных свойств в линии непрерывного отжига листов стали, содержащей зону нагрева, зону выдержки и зону охлаждения, последовательно в передней половине зоны нагрева расположены два или более устройств индукционного нагрева, а в температурной зоне, где температура листа стали между двумя или более устройствами индукционного нагрева составляет от 250°C до 600°C, выполнена область остановки нагрева длиной 1-30 м или область медленного нагрева со скоростью от более 0°C/с до 10°C/с.

Изобретение относится к упрочняющей обработке металлов с использованием концентрированных потоков энергии, в частности к получению на техническом титане ВТ1-0 поверхностных слоев с градиентной многофазной структурой, которые могут быть использованы для повышения ресурса работы деталей машин и механизмов, работающих в условиях многоциклового усталостного разрушения.

Изобретение относится к области металлургии и может быть использовано в деревообрабатывающей промышленности Для повышения устойчивости полосовых пил в процессе пиления устройство содержит однофазные индукторы переменного тока, включающие магнитопровод, индуцирующий провод, токоподводящие шины, ось, корпус устройства; источник питания, при этом однофазные индукторы расположены по ширине пильного полотна в зонах создания теплового следа, имеют возможность поворота вокруг оси, закрепленной в корпусе.

Изобретение относится к области металлургии, в частности к термической обработке стального изделия, проката различной формы, в т.ч. листового проката, фасонного проката, в частности железнодорожных рельсов.

Изобретение относится к металлургии, а именно к оборудованию для термической обработки железнодорожных колес, и может быть использовано в черной металлургии и машиностроении в линиях термической обработки колес.

Изобретение относится к устройству и способу лазерной обработки листа электротехнической стали с ориентированной структурой для снижения размера магнитного домена. Блок лазерного облучения устройства выполнен с возможностью обеспечения распределения интенсивности лазерного луча, сфокусированного на обрабатываемом листе, таким образом, чтобы удовлетворялось соотношение Ib/Ia≤2, где Ra1 и Ra2 - расстояния между центроидом распределения интенсивности и позициями, при которых значение интегрирования интенсивности, полученное из центроида распределения интенсивности, составляет 43% от общего значения интегрирования интенсивности, Ia1 и Ia2 - интенсивности лазерного луча, соответствующие соответственно Ra1 и Ra2, при этом Ia представляет собой среднее значение от Ia1 и Ia2, а Ib представляет собой интенсивность луча в центроиде распределения интенсивности. 2 н. и 13 з.п. ф–лы, 13 ил., 1 табл.

Изобретение относится к машиностроению, в частности к области термической обработки сталей, и может быть использовано на машиностроительных заводах в инструментальном производстве при изготовлении режущего и штампового инструмента. Способ упрочнения инструмента из быстрорежущей стали включает объемную термообработку, состоящую из закалки и низкотемпературного отпуска, упрочнение рабочих поверхностей инструмента лазерной закалкой, кратковременный отпуск путем нагрева инструмента в печи в течение от 3 до 5 минут при температуре от 550 до 560°С и чистовую механическую обработку оплавленных поверхностей. Данный способ обеспечивает повышение износостойкости быстрорежущей стали и уменьшение времени выполнения отпуска. 1 табл., 2 ил.

Наверх