Способ термической обработки быстрорежущих сталей

 

О П ИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

Союз Советских

Социалистических

Республик

<>722965

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (61) Дополнительное к авт. свид-ву (22) Заявлено 100478 (21) 2602614/22-02 (51)М. Кл.2 с присоединением заявки ¹

С 21 D 9/22

С 21 D 1/78

Государственный комитет

СССР но делам изобретений и открытий (23) Приоритет

Опубликовано 250380 Бюллетень ¹ 11

Дата опубликования описания 280380 (53) УДК 621.785. .796:621. .785.533 (088.8) Н.П.Барыкин, B.Ñ.Câÿòêèí, A.Ë.Êóýüìèíûõ, М.Г.Амиров, Е.Г.Белков, P.Ì.Фаизирахманов, Г.Д.Журавлев, Е.И.Шлемов и Н.И.Гордиенко (72) Авторы изобретения (71) Заявитель Уфимский авиационный институт им. Орджоникидзе (54) СПОСОБ ТЕРМИЧЕСКОЙ ОБРАБОТКИ БЫСТРОРЕЖУЩИХ

СТАЛЕЙ

Изобретение относится к термической обработке металлов, а именно к обработке быстрорежущих сталей, преимущественно вольфрамомолибденовых 5

I и может найти широкое применение при термообработке холодновысадочного инструмента в метизном производстве, Известны способы термической обработ ки быстрорежущи х сталей, преду- 10 сматривающие процесс диффузионного насыщения, в частности, цементации (1) или нитроцементации в продуктах пиролиза триэтаноламина (21. В известном способе нитроцементацию 15 проводят при 900-1000 С с последующим, охлаждением на воздухе, затем ступенчатый нагрев в соляных ванных,до температур на 5-80 С ниже температуры плавления нитроцементи- . рованного слоя, что составляет для стали Р6М5 1215-1160" С, далее следует закалка с изотермической выдержкой в соли при температуре на 150-200 С выше температуры мартенситного превращения в сердцевине, а затем в жидком азоте с наложением ультразвуковых колебаний и отпуск.

Данный способ позволяет получить твердость поверхностного слоя 6730

69 ед.HRC и сердцевины 61,5-64,5 ед.

HRC.

При нитроцементации содержание углерода в поверхностном слое повышается до 1,2-2,4%, а количество карбидов в слое достигает 45-60%, в связи с чем температура плавления поверхностного слоя снижается до

1140-1250 С. Содержание углерода в поверхностном слое зависит от технологических параметров процесса.

Например, при нитроцементации стали

Р6М5 при 940 С в течение 6 час с расходом триэтаноламина 100 кап/мин поверхностный слой содержит 1,8% углерода с температурой плавления слоя 1235ОС, а при расходе триэтаноламина 120 кап/мин он содержит 2,2% углерода с температурой плавления

1195 С. Поэтому при нитроцементации требуется высокая точность поддержания технологических параметров процесса. Кроме того, имеются ограничения по сложности обрабатываемого инструмента из-за неравномерности насыщения глухих полостей, так как при последующей закалке с нагревом в соляных ваннах наблюдается местн е оплавление рабочих поверхностей

722965 инструмента. К недостаткам известного способа относятся также сложность и трудоемкость процесса — охлаждение в жидком азоте с наложением ультразвуковых колебаний.

Известен способ, включающий предварительную нитроцементацию при температуре 900-1000 С, совмещенную с закалкой, обработку холодом и отпуск при 140-560 С. Способ позволяет получать при обработке быстрорежущих сталей твердость 66-70 ед.НВС, на глубине 0,3-0,5 мм при вязкой сердцевине — 58 ед.HRC (3).

К недостаткам данного способа поверхностного упрочнения при диффузионном насыщении относятся; длительность процесса насыщения (6-8 час), низкая твердость поверхностного слоя 67-69 ед. HRC при закалке с оптимальных температур на максимальную 20 прочность и вязкость сердцевины.

Кроме того, низкая красностойкость поверхностного слоя при циклических температурно- силовых воздействиях снижает эффективность обработки режущего инструмента и особенно высадочного. Например, поверхностный слой рабочей части прошивного пуансона глубиной до 0,15 мм нагревается за каждый цикл высадки до 360—

480 С при общем разогреве инструмента до 250-300 С при удельных давлениях 120-200 кг/мм . B связи с этим твердость нитроцементированного слоя снижается на 3,5-6 ед. и, соответственно, предопределяет износостойкость последнего.

Цель изобретения — повышение износостойкости и красностойкости поверхностного слоя.

Указанная цель достигается тем, что в известном способе термической обработки быстрорежущих сталей, преимущественно вольфрамомолибденовых для высадочного инструмента, включающем операции высокотемпературного процесса предварительно диффузионного насыщения поверхностного слоя, .совмещенного с закалкой, обработки холодом и отпуска, в качестве предварительного диффузионного насыще- щ ния осуществляют процесс борировани при температуре 1080 †11 С в течение 1-3 часа, а многократный отпуск ведут при 350-560 С.

При такой обработке структура слоя поверхностной зоны состоит из боридов FeB и Fe B. Микротвердость борированного слоя составляет Н =- 2800-3300 дан/мм". Слой боридов ймеет высокую, температурную стабильность, нагрев до 830-900 С не 60 о вызывает структурных и концентрированных изменений и последующая термообработка не влияет на микротвердость боридных составляющих диффузионного слоя. 65.Диффузионное насыщение в температурном интервале 1080-1150 С в течение 1-3 час с последующей закалкой с этих температур позволяет оптимально сочетать такие параметры, как максимальную прочность сцепления слоя с основой и характеристики прочности и ударной вязкости сердцевины. Повышение температуры насыщениями выше 1150 С и длительности более

3 час снижает прочность промежуточной зоны, так как под слоем . боридов в промежуточной зоне, обогащенной легирующими элементами, начинает появляться эвтектика в виде равномерно распределенных зерен, приводящих к скалыванию боридных слоев.

Укаэанный верхний интервал при закалке позволяет также получить величину зерна в пределах 13-14 балла .по АСТМ и, соответственно, максимальное значение ударной вязкости 6,58,5 кгм/мм и прочности на изгиб

360-420 кг/мм,твердости HRC 58-60 ед. при отпуске 350-450 С. Повышение времени выдержки и температуры ведет к снижению первичной твердости и повышению величины зерна и, соответственно, к снижению характеристик прочности и вязкости. Нижний тем" пературно-временной интервал ограничен с одной стороны снижением характеристик прочности основы 54-56 ед. HRC, а с другой стороныминимальной величиной слоя боридов до 20 ммк. Глубина слоя боридов зависит от способа борирования и находится в пределах 20-70 ммк, что удовлетворяет требованиям по величине износа высадочного инструмента, который составляет, например, для прошивных пуансонов 0,03-0,05 мм на сторону.

Совмещение процесса борирования с закалкой с температурного интервала

1080-1150 С позволяет снизить объемную деформацию инструмента в

2-3 раза. Аустенизация в данном температурном интервале приводит к уменьшению легированности аустенита и при закалке — к уменьшению тетрагональности мартенсита. Уменьшение объемного эффекта при закалке значительно повышает прочность сцепления боридного слоя с основой, а также устраняет необходимость в доводочных операциях, что особенно важно при изготовлении сложного высадочного инструмента.

Пример . Способ проверяется при термообработке высадочных пуан= сонов с коестообразным шлицем, имеющих наиболее сложный рельеф поверхности, для высадки винтов впотай М8 из стали 35 и винтов М5 с полупотайной головкой из стали 20 КП. Заготовки .пуансонов из стали Р6М5, полученные методом выдавливания по серийному техпроцессу, предварительно подвергаются борированию порошковым кон722965

Формула изобретения б

Составитель Клыко в а

Редактор Л. Алексеенко Техред О. Легеза - Корректор Г. Решетник

Заказ 1003/1 Тираж 608 Подписное

ЦНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб.,д.4/5

Филиал ППП Патент, r.Óæãoðoä, ул.Проектная,4. тактным методом. Заготовки укладываются в контейнер, засыпаются пред- варительно прогретой реакционной сме-сью при 400-450 С и герметизируются силикатом натрия. Реакционную смесь составляют путем смешивания порошка 5 карбида бора с 1,53 фтористого аммония. ,Контейнер нагревают при 1080 С в течение 2 час, охлаждают в закалочной ванне с проточной водой, заготовки очищают, подвергают обработке холодом и отпуску при 560 С в течение часа (отпуск трехкратный). Твердость боридного слоя составляет 72 ед. НКС, сердцевины — 58 ед.HRC при толщине слоя 38-45 мкм. Стойкость возрастает в 8 раз при высадке винтов М8 и в

6,5 раза при высадке винтов М5 и лимитируется во втором случае прочностью пуансонов. Обработка по данному способу .стали Р6М5 после борирования при температуре 1080 С 20

1 час и многократного отпуска при о

350-400 С, позволяет получить мак.симальную прочность сердцевины на изгиб 395-420 кг/мм при толщине

2 диффузионного слоя 20-24 мкм. Для 25 высадочного инструмента, имеющего допуск на износ в пределах О, 100,25 мм, процесс диффузионного насы.щения ведут при 1150 С в течение

1-2 час, отпуск проводят при 550560 С, что позволяет получить толщи" ну диффузионного слоя 110-130 мкм при достаточно высокой прочности сцепления слоя с основой. Данные режимы термообработки следует:проводить, например, на группе прошивных пуансонов йри высадке гаек, не имеющих сложного геометрического рельефа

I требующих значительную величину упрочненного слоя.

Предложенный способ термообработ- 4О ки по сравнению с известными спосо,бами обеспечивает повышение красностойкости поверхностного-слоя на

5-8 ед., твердости на 2-5 ед. HRC

Повышается контактная прочность поверхностного слоя и снижается объемная деформация инструмента,что умень-, шает склонность к выкрашиванию поверхностного слоя при эксплуатации.

Стойкость высадочного инструмента возрастает в 3-5 раз с уменьшением трудоемкости его изготовления.

Способ позволяет использовать для изготовления инструмента вольфрамомолибденовые стали типа Р6М5, Р6МЗ и другие и достигнуть уровня по твердости и износостойкости та-: ких твердых сплавов как BKS; BK20 других.

1. Способ термической обработки быстрорежущих сталей, преимущественно вольфрамомолибденовых для высадочного инструмента, включающий высокотемпературный процесс диффузионного насыщения поверхностного слоя, совмещенного с закалкой, обработку холодом и отпуск, о т л и ч а ю шийся тем, что, с целью повышения износостойкости и красностойкости поверхностного слоя, процесс диффузионного насыщения осуществляют бором при 1080-1150 С в течение 1-3 часа.

2. Спосбб по п.1, о т л и ч а юшийся тем, что отпуск при 350о

560 С производят многократно.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Патент C2IA Р 3827923i кл.14831.5, 1974.

2. Авторское свидетельство СССР

9 533650, кл. С 21 D 9/22, 1976 °

3. Авторское свидетельство СССР

Р 223126, кл.С 21 D 9/22, 1968.