Способ термической обработки быстрорежущих сталей

 

Изобретение относится к металлургии и может быть использовано при термической обработке высокоточных инструментов. Сущность: инструмент охлаждают при закалке до 80-150°С, а нагрев под отпуск после частичного превращения аустенита проводят до 600-640°С, причем если охлаждение было до 80-110°С, то отпускают при 600-620°С, а если охлаждение проводилось до 110-150°С, то отпускают при 620-640°С. 1 табл.

Изобретение относится к термической обработке и может быть использовано при изготовлении высокоточных инструментов и деталей из быстрорежущих сталей.

Известен способ закалки, который заключается в том, что охлаждение выполняют в масле до цеховой температуры. После закалки производят отпуск при 600^оС 20 мин, охлаждение на воздухе, 2 раза. (Геллер Ю.А. Инструментальные стали. М.: Металлургия, 1983, с.412).

Этот способ вызывает большую анизотропию ударной вязкости стали и снижение вторичной твердости.

Известен способ закалки с охлаждением до 80-150^оС, выдержкой 1-2 мин с последующим нагревом до 500^оС, выдержкой 20-30 мин и охлаждением на воздухе. Отпуск в этом случае выполняют при 560^оС 1 ч, 3-4 раза (авт.св. N 1101459 от 7.03.1984).

Этот способ продолжителен по времени, требует больших затрат энергии.

Оба способа (аналог и прототип) не обеспечивают высокой стабильности размеров и поэтому их нельзя применять при изготовлении высокоточных деталей.

Цель изобретения - повышение стабильности размеров, стойкости инструментов, уменьшение анизотропии ударной вязкости и сокращение продолжительности технологического процесса.

Цель достигается тем, что охлаждение при закалке выполняют до 80-150^оС, а затем нагревают под первый отпуск до 600-640^оС, причем если охлаждают при закалке до 80-110^оС, то нагревают под отпуск до 600-620^оС, а если охлаждают при закалке до 110-150^оС, то нагревают под отпуск до 620-640^оС.

В результате частичного образования мартенсита при охлаждении до 80-150^оС остаточный аустенит сжимается образованным мартенситом. Такое состояние вызывает пластическую деформацию аустенита (наклеп).

Известно (см. Буйнов Н. И., Захаров Р.С. Распад металлических пересыщенных твердых растворов. М.: Металлургия, 1964, с.100-150), что из наклепанного аустенита более эффективно выделяются легирующие компоненты и углерод при последующем нагреве под отпуск.

Образуются карбиды в большем количестве и более равномерно по всему объему зерна, а аустенит, обедненный легирующими компонентами и углеродом, начинает превращаться в мартенсит при более высокой температуре. Заканчивается вторичное мартенситное превращение, в этом случае при температуре выше цеховой, что обеспечивает более полное превращение аустенита в мартенсит. Последующий отпуск требуется для снижения структурных напряжений и дисперсионного твердения вновь образованного мартенсита.

Это и является существенным отличием предлагаемого способа от известных.

П р и м е р. Проводили термическую обработку образцов и концевых фрез 8, z 4 из стали Р6М5Ф3. Образцы и фрезы изготавливали из прутка диаметром 20 мм с припуском на размер 0,4 мм. Для закалки образцы и фрезы подогревали при 800-850^оС в течение 3 мин, затем переносили в соляную ванну на температуру 1220^оС, выдерживали при этой температуре 10-12 с на мм диаметра (толщины) и охлаждали в масле с температурой 30^оС и 80-180^оС. В масле выдерживали 20-30 мин, а затем проводили нагрев под отпуск.

По предлагаемому режиму образцы и фрезы охлаждали при закалке до 80-150^оС, выдерживали 2 мин, а затем нагревали под отпуск до 600-640^оС, выдерживали 30 мин, охлаждали на воздухе.

Причем после охлаждения при закалке: а) до 80^оС нагревали для отпуска при 600^оС (режим 1, табл.); б) до 100^оС нагревали для отпуска при 610^оС (режим 2, табл.); в) до 110^оС нагревали для отпуска при 620^оС (режим 3, табл.); г) до 110^оС нагревали для отпуска при 640^оС (режим 4, табл.); д) до 130^оС нагревали для отпуска при 640^оС (режим 5, табл.); е) до 150^оС нагревали для отпуска при 640^оС (режим 6, табл.).

После режимов а, б, с, г, д, е проводили отпуск 550^оС, 1 ч, 1 раз.

Эти все режимы предлагаемого способа.

После охлаждения при закалке до 100^оС выдерживали 2 мин, затем нагревали до 500^оС, выдерживали 30 мин, охлаждали до цеховой температуры (режим 7, табл., прототип - базовый объект).

Другие образцы охлаждали при закалке до: - 180^оС, выдерживали 2 мин, нагревали до 640^оС, 30 мин (режим 8, табл. ); - 60^оС, выдерживали 3 мин, нагревали до 600^оС, 30 мин, воздух (режим 9, табл.); - 100^оС, выдерживали 3 мин, нагревали до 630^оС, 30 мин, воздух (режим 11, табл.);
- 110^оС выдерживали 3 мин, нагревали до 620^оС, 30 мин, воздух (режим 11, табл.).

Режимы 8-11, выходящие за пределы предлагаемого способа. После режимов 8-10 проводили 1 отпуск 560^оС 1 ч. После режима 11 отпуск при 550^оС, 1 ч, проводили 2 раза. Затем образцы и фрезы шлифовали до заданных размеров. Фрезы затачивали, а образцы доводили до требований, указанных в примечаниях в таблице. Образцы и фрезы подвергали испытаниям.

Результаты свойств представлены в таблице.

Как показывают результаты таблицы, предлагаемый способ обеспечивает более высокую стабильность размеров при хранении инструментов и образцов до 3000 ч при комнатной температуре, а также стойкость инструментов. Этот способ уменьшает анизотропию свойств и сокращает время технологического процесса.

Указанные преимущества достигаются за счет того, что обеспечивается требуемое соотношение температур охлаждения при закалке и отпуске: после охлаждения при закалке до 110-150^оС (остаточный аустенит наиболее устойчив) отпускают при более высокой температуре 620-640^оС, а при охлаждении во время закалки до 80-110^оС (остаточный аустенит менее устойчив, чем при температуре 110-150^оС) отпускают при 600-620^оС. Время выдержки при отпуске 30 мин в обоих случаях.

Стабильность размеров повышается в 2 раза, стойкость инструментов более чем на 25% , продолжительность техпроцесса сокращена более чем в 3 раза в сравнении со способом-прототипом - базовым объектом (таблица, режимы 3 и 7). Эти преимущества позволяют получать экономию электрической энергии, ресурсов.

Формула изобретения

СПОСОБ ТЕРМИЧЕСКОЙ ОБРАБОТКИ БЫСТРОРЕЖУЩИХ СТАЛЕЙ, включающий нагрев под закалку, охлаждение до 80 - 150^oС, выдержку и отпуск, отличающийся тем, что, с целью уменьшения анизотропии ударной вязкости, повышения стабильности размеров и сокращения продолжительности технологического процесса, сталь нагревают под отпуск до 600 - 620^oС при охлаждении до 80 - 110^oС или до 620 - 640^oС при охлаждении до 110 - 150^oС.