Способ термической обработки литой быстрорежущей стали

Способ термической обработки литой быстрорежущей стали

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

1. СПОСОБ ТЕРМИЧЕСКОЙ ОБРАБОТКИ ЛИТОЙ БЫСТРОРЕЖ ПЩЙ СТАЛИ, включающий предварительную и окончательную термическую обработку, отличающийся тем, что, с целью повышения прочности к красностойкости , предварительную термическую обработку производят путем термо циклического нагрева до температуры на 20 - ниже температуры плавления и охлаждения до 800 - с изотермическими выдержками соответственно 5 - 12 и 10 - 25 с на. 1 NW сечения . 2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что окончательную термическую обработку осуществляют путем закалки и отпуска по стандартным режимам, совмещая нагрев под закалку с последним нагревом до верхней температуры при термоциклировании, (Л 3.Способ по п.1,о т л и ч а ю - щ и и с я тем, что, с целью обеспес чения высокой обрабатываемости резанием , охлаждение с нижней температуры термоциклирования производят до 700 - .760 С, выдерживают 4 - 8 ч , и окончательно охлаждают.

(19) (11) СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

3151) С 21 В 9/22 i C 21 D 1/26

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ " .

Н АВТОРСКОЫУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

I (21) 3318232/22-02 (22) 14.07.81 (46) 30.04.83. Бюл. Р 16 (72) В.С. Биронт, А.А. Железнова и

Н.А. Федорова (71) Красноярский ордена Фрудового

Красного Знамени институт цветных металлов им.. N.È. Калинина и Производственное объединение "Сибтяжмаш" (533 621.785.79(088.8) (56) 1. Геллер 10.A.. Инструментальные стали. Мее 1968, с. 170-176, 396-397.

2. Авторское свидетельство СССР

Р 730838, кл. С 21 D 9/22, 1977.

3. Авторское свидетельство СССР

9 4559, кл. С 21 D 1/26, 1924.

4. Геллер Ю.А. и др. Термическая обработка быстрорежущей,„стали для улучшения распределения карбидов.—

МИТОМ, 1967, Р 9, с. 18-23. (54)(57) 1. СПОСОБ ТЕРМИЧЕСКОЙ ОБРАБОТКИ ЛИТОЙ БЫСТРОРЕЖУЩЕЙ СТАЛИ, включающий предварительную и окончательную термическую обработку, отличающийся тем, что, с целью повышения прочности к красностойкости, предварительную термичес" кую обработку производят путем термоциклического нагрева до температуры на 20 — 50 C ниже температуры плавления и охлаждения до 800 — 850 С с изотермическими выдержками соответственно 5 — 12 и 10 — 25 с на. 1 мм се чения.

2. Способ по и. 1, о т л и ч а юшийся тем, что окончательную термическую обработку осуществляют путем закалки и отпуска по стандартным режимам, совмещая нагрев под закалку с последним нагревом до верх- ф ней температуры при термоциклировании, З.Способ по п.1,о т л и ч а ю— шийся тем, что, с целью обеспечеиия высокой обрабатыеаеыости реза- ( нием, охлаждение с нижней температуры термоциклирования производят до

700 — 760 С, выдерживают 4 - 8 ч

8 и окончательно охлаждают. а

1014938, Изобретение относится к металлур-. гии и может быть использовано при термической обработке сверл, фреэ,; резцов и других режущих инструмен- тов, изготовленных из литых быстрорежущих сталей или заготовок для этих инструментов, а также может быть использовано для термической обработки слитков из быстрорежущих сталей, предназначенных для горячей пластической деформации (прокатке, 10 конке, штамповке и др.> .

Известны способы термической обработки литых быстрорежущих .сталей, направленные на изменение структурного состояния эвтектической карбидной фазы 1).

Наиболее широкое применение полу-. чил отжиг с нагревом до температуры

800 — 890 С с выдержкой 10 - 20 ч, охлаждением до 720 — 750 С со ско. ростью 30 — 40 /ч, выдержкой йри этой о и 2 температуре не менее 4 ч и дальнейо шим охлаждением в печи до 600 — 650 С со скоростью 40 — 50 /ч, а затем на о воздухе. 25

Такой отжиг мало влияет на раз-, меры и расположение эвтектических карбидов. Повышение температуры отжига до 950 — 980 С способствует лишь небольшому утонению карбидной сетки, Известны способы термоциклической обработки быстрорежущей стали> согласно которым после нагрева сталй до

880 - 890 С, т. е. на 60 - 80 С Выше точки А, осуществляют многократ- 35 ный температурный режим, включающий кроме нагрева до указанной температуры охлаждение до температур

700 — 650О С, т ° е, на 120 — 170 >C ниже точки A1. B результате такого 40 режима сокращается длительность отжига, однако карбидная сетка в литой быстрорежущей стали после такого отжига сохраняется.

Дробление сетки эвтектических кар-45 бидон достигается нагревом до тем-. ператур в области полужидкого состояния (например, до 1305 — 1315 С для стали P18) или немного ниже температур плавления P2).

Известен способ термической обра-. ботки, включающий нагрев до температуры ниже точки пережога стали, продолжительную выдержку (3 — 5 ч / и охлаждение (по крайней мере ниже критической точки), вслед за кото. рыми проводят новые нагревы до более низких температур с последующими охлаждениями P3).

Данный способ нецелесообразно применять для быстроре><ущих сталей. Это 60 связано с тем, что использование длительной выдержки при температурах немного ниже точки пере>кога быстро- режущей стали не только укрупняет зерно аустенита, но приводит к обра.зованию очень крупных округлой формы или угловатых карбидов, которые затем никакими другими видами термической обработки не устраняются, не иэмельчаются.

Выполненные эксперименты показали, что применение нагрева при температурах несколько ниже точки пережога (1280ОC для стали P3I2) с выдержкой даже 30 мин приводит к росту карбидных включений, вследствие чего прочность стали оказывается довольно низкой 60,5 кгс/мм ) .

Дополнительные нагревы до 1000, а затем до 850 С, проведенные после первого нагрева до 1280 С, не измео нили размеров карбидных включений и, следовательно, не обеспечили дополнительного эффекта от применения трехкратного нагрева при отжиге.

Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности и достигаемому результату является способ термической обработки литой быстрорежуцей стали, включающий выдержку стали при несколькО пониженных температурах с длительной выдержкой, обеспечиваюцих частичное растворение и дробление карбилной эвтектической сетки .4).

Нагрев при 1250 — 1300 С с выдерж,,кой 30 — 45 мин приводит к дроблению. карбидной эвтектической сетки, однако появление крупных угловатых карбидов, образующихся при такой обработке, приводит к получению крупного зерна при закалке, что не позволяет получить повышенной прочности стали после окончательной термической обработки.

Цель изобретения — повышение прочности и красностойкости литой быстрорежуцей стали.

Для достижения поставленной цели согласно способу термической обработки литой быстрорежущей стали, включаюцему предварительную высокотемпературную термическую обработку и окончательную термическую обработку, предварительную термическую обработку производят путем термоциклического нагрева до температуры на 20 — 50 С ниже температуры плавления и охлаждения до 800 — 850 С с изотермическими выдержками соответственно 5 — 12 и 10 - 25 с на

1 мм сечения.

Окончательную обработку осуществляют путем закалки и отпуска по стандартным режимам, совмецая нагрев под закалку с последним нагревом до верхней температуры при термоциклировании.

Для обеспечения высокой обрабатываемости резанием охлаждение с нижней температуры термоциклирования ïnðîèýâoäÿT до 700 — 760 С, выдер>ки1014938 вают 4 — 8 ч и окончательно охлаждают.

Термоциклирование в интервале температур от 800 — 850ОС до температуры на .20 - 50О ниже температуры плавления стали вызывает чередующиеся

5 процессы растворения — выделения . эвтектических карбидов в аустените в связи с изменением их растворимости в аустените с изменением температуры в этом температурном интервале, 10 в результате чего карбидная сетка дробится на отдельные частички, ко торые сфероидизируются и частично коагулируют. Это приводит к устране- нию хрупкого каркаса карбидов, что 15 обеспечивает повышение прочности стали и, как следствие, повышение стойкости режущих инструментов.

Применение при термоциклировании . верхней температуры лишь на 20 — 50 С ниже температуры плавления обусловлено тем, что при таких высоких температурах наблюдается наибольшая pacTBQpHMocTb карбидов в аустените, а также наибольшая скорость протекания диффузионных процессов, необходимых для растворения карбидов, обеспечивающие применение минимально вОзможных выдержек при этой температуре. Применение еще более высоких температур оказывается невозможным поскольку дальнейшее повышение температуры приводит к усиленному развитию процессов коагуляции карбидов, что усиливает рост зерна устенита как непосредственно в пе 35 риод обработки, так и.при последую-. щей закалке инструментов.

Значение нижней температуры термоциклирования 800 — 850 С обусловлено тем, что при этой температу-. 40 ре наблюдается минимально возможная растворимость -карбидов в аустените, что необходимо для интенсивного выделения избыточных карбидов по сечению аустенита в виде отдельных 45 мелких частиц вместо растворившихся при предшествующем нагреве грубых карбидных образований в составе карбидной эвтектики. Кроме того, использование нижней температуры термоциклирования, не ниже точки +, не50 обходимо для сохранения в структуре стали в течение всего процесса термоциклирования одинакового (ка-. чественно) фазового состава. Это исключает необходимость выполнять при термоциклировании эвтектоидный распад аустенита и его образованиЕ иэ перлита, что позволяет сократить длительность цикла.

Длительность выдержки при верх- 60 ней и нижней температурах термоциклирования приняты из расчета обеспечения растворения части эвтектических карбидов при нагреве и выделения их в виде высокодисперсных i 65 частиц при охлаждении. Эти выдержки (5 — 12 с на 1 лвР сечения при нагреве и 10 — 25 с на 1 мм сечения при нижней температуре термоциклирования ) оказались равными выдержкам, применяемым при окончательной термической обработке соответственно для температур окончательного нагре ва и при температуре предварительного подогрева. При этом применение ,укаэанных температур и длительностей

,выдержек при термоциклировании не, приводит к росту зерна аустенита,, что способствует повышению прочности стали.

Количество циклов 3 — 10. Этб обусловлено тем, что литые быстрорежущие стали могут иметь различную степень неоднородности, при этом большее количество циклов должно применяться к сталям с наибольшей сте-. пенью карбидной неоднородности, а наименьшее (три цикла )для изделий с минимальной степенью карбидной неоднородности.

Предварительную термическую обработку совмещают с последующей окончательной термической обработкой или пластической деформацией непосредст» венно с температуры термоциклирова-. ния.

Пример. Литую быстрорежущую сталь марки РЛ2, содержащую,%: углерод 1,05; вольфрам 8,0; .хром 2,0; ванадий 2,0; молибден 1,0» марганец 1,5, в виде заготовок толщиной 15 мм подвергают термоциклической обработке по предлагаемому способу, Образцы нагревают и охлаждают в период термоциклирования в соляных ваннах. Температура первой ванны соответствует верхней температу-. ре термоциклирования 1250 или 1280 С во втооой ванне 800 — 850 С. :Нооводят термическую обработку по не скольким режимам.

Режим 1 (известнк й). Подогрев в ванне с температурой 800 — 850 С в течение 2 мин, окончательный нагрев при 1280 С, длительная выдержка

30 мин, охлаждение в-масле; после такой обработки обычный трехкратный отпуск по 1 ч каждый при 5б0 С °

Режим 2 (предлагаемый). Подогрев в ванне с температурой 800 — 850аС а течение 2 мин, окончательный нагрев. а при 1280 С, выдержка 1 мин, охлаждение и выдержка в ванне при 830 С

2 мин; далее перенос в ванну с температурой 1280 С для следующего цик ла термоциклической обработки с пов» торением таких циклов пять раз. После последнего пятого цикла обработ-, ки охлаждение производят с верхней температуры термоциклирования (1280 С) в масле до комнатной температуры.

После закалки, выполненной указанным

1014938

Режим обработки

Твердость

HRC

Предел прочнос ти, б кгс/мм

Теплостойкость, С при

HRC 7i 58

4О

628

620

60 5

114,0

121,0

1 60

2, 61

3 61

Составитель P. Клыкова

Редактор С. Юско Техред М.Тепер Корректор Е.Рошко

Заказ 3138/24 Тираж 568 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

Филиал ППП "Патент", r. Ужгород, ул. Проектная, 4 образом, проводят трехкратный от пуск по 1 ч при .560 С.

Режим 3 (предлагаемый/. Режим проводят аналогично режиму 2, однако верхней температурой термоциклиро,вания выбрана температура 1250 С, :т.е.. на 50 С ниже температуры плав-: .,ления, тогда как в режиме 2 эта тем пература была на 20ОC ниже темпера;туры плавления длительность выдерж:ки при верхней температуре термоциклирования принята 2 мин, при ниж,ней температуре термоциклирования 4 мин, количествоциклов термоциклирования 7., ТЕрмически обработанные образцы 15 испытывают на твердость (HRC) изгиб с определением предела прочности при изгибе, теплостойкость.

Испытание . прочности проводят по схеме сосредоточенного изгиба. >П

Для испытания вырезают образцы сечением 6 х 6 мм, расстояние между опорами 30 мин.

Теплостойкость.определяют путем измерения твердости образцов пос- 25

/ ле проведения посЛедовательных четырехчасовых нагревов при тем пературах - 600, 625, 650 и

675 С с охлаждением на воздухе после каждого нагрева. По полученным данным строят графики зависимости твердости от температуры четырехча:сового нагрева и определяют темпе. ратуру при которой обеспечивается сохранение твердости образцов не менее 58 HRC.

Результаты испытаний сведены в таблицу.

Приведенные данные свидетельствуют о том, что применение термоциклической обработки по предлагаемым режимам 2 и 3 обеспечивает значительное повышение предела прочности при изгибе „цо двух раз ) и повышение теплостойкости, что является свидетельством повышения работоспособности режущего инструмента в процессах резания.

Микроструктурными исследованиями показано, что применение термоциклической обработки литой быстрорежущей стали по предлагаемым. режимам приводит к дроблению эвтектической карбидной сетки на отдельные карбидные частицы, их сфероидиэации и частичной коагуляции, чем и объясняется повышейие прочностных свойств стали.

Режим 4. После окончания термоциклирования с нижней температуры по режимам 1-3 проводят охлаждение до ?40 С с выдержкой при этой температуре 3 — 4 ч с последующим охлаждением вместе с печью. Твердость после такой обработки состав-: ляет HRC 35 - 40, что позволяет обрабатывать заготовки резанием.

Экономическая эффективность предлагаемого способа определяется повышением стойкости режущих инструментов в результате применения термоциклической обработки. Использование номограммы для определения модуля стойкости режущих инструментов показывает, что даже при постоянной теплостойкости повышение в два раза предела прочности стали при изгибе обеспечивает такое же повыше ние стойкости режущих инструментов при резании. Экономический эффект от использования предлагаемого способа с учетом дополнительных затрат на выполнение термоциклической обработки составит не менее 1 тыс. руб.

, на 1 т стали.