Способ упрочнения литого режущего инструмента из быстрорежущей стали

Способ упрочнения литого режущего инструмента из быстрорежущей стали

Реферат

 

Способ упрочнения литого режущего инструмента из быстрорежущей стали включает насыщение из обмазки, содержащей, мас.%: ферротитан 50 - 60, карбид бора 20 - 30, краснокровяная соль 15 - 25, хлористый аммоний 2 - 3, и последующий трехкратный отпуск совместно с сульфидированием в герметичном муфеле в среде сульфата натрия при 550-570 °С в течение 1 ч. Перед насыщением из обмазки инструмент шлифуют, затачивают и подвергают цементации при 980 - 1020^oС с выдержкой в течение 1,5 ч и охлаждением вместе с муфелем, состав обмазки разводят в этилсиликате до получения сметанообразной пасты, а в качестве ферротитана используют FeTi-75. При этом после нанесения пасты на поверхность инструмента и сушки производят нагрев в индукторе с токами высокой частоты при 1180 - 1250^oС с выдержкой в течение 3 - 5 мин и охлаждение с подстуживанием в масле при температуре 60 - 80^oС. Способ позволяет повысить теплостойкость и износостойкость поверхностных слоев режущего инструмента. 4 з.п. ф-лы, 1 табл.

Изобретение относится к химико-термической обработке, преимущественно к упрочнению литого режущего инструмента из быстрорежущей стали для повышения износостойкости и теплостойкости поверхностных слоев.

Известен способ химико-термической обработки литой быстрорежущей стали, заключающийся в борировании в расплаве следующего состава (мас.%) Na₂B407 34-38; NaF 15-25; B₄C 30-45; стеариновая кислота - 3-5. Ti - 2-3 (см. А.С. СССР N 1322111 "Состав для борирования стальных изделий"). Борирование производится в расплаве указанного состава при температуре 950-1000^oC с выдержкой 4-6 часов. Далее производится термическая обработка, заключающаяся в закалке и отпуске при температуре 560^oC три раза но одному часу. Толщина борированного слоя составляет 0,08-0,12 мм. Упрочняющие фазы на поверхности составляют бориды FeB и Fe₂B.

Недостатками инструмента, упрочненного с использованием данного способа, является трудоемкость способа и хрупкость упрочненных слоев, которая способствует выкрашиванию режущих кромок инструмента.

Известен также способ газового титанирования с использованием порошка титана (см. "Химико-термическая обработка металлов и сплавов". Справочник под редакцией Л.С. Ляховича, Москва, "Металлургия", 1981 г.). Спеченные твердосплавные пластинки предварительно подвергаются цементации при температуре 950-1000^oC в течение 0,5-1,0 час. Далее пластинки упаковываются в муфеле с порошком титана и сверху наполняются активированным углем. Насыщение производится при температуре 1050^oC в течение 4 часов, охлаждение в муфеле, на воздухе. После такой обработки на поверхности образуется тонкий слой из карбидов титана толщиной 3-6 мкм. Микротвердость покрытий на спеченных твердых сплавах не превышает H 28000 МПа.

Недостатками этого способа являются трудоемкость технологических операций цементации и титанирования и хрупкость поверхностных слоев, которые выходят из строя из-за выкрашиваний.

Ближайшим аналогом заявленного способа является способ упрочнения режущего инструмента из быстрорежущей стали, включающий цементацию в течение 7-8 часов, насыщение из обмазки, содержащей, мас.%: ферротитан 70, окись алюминия 27, хлористый аммоний 3, при 1050 - 1180^oC в течение 5-6 часов и последующую термообработку - отжиг в среде твердого карбюризатора при 840 - 850^oC в течение 4 часов, нагрев под закалку в соляной ванне до 860 - 880^oC, закалка путем охлаждения режущей части инструмента в воде, а хвостовой - в масле (SU 1516507 A, 23.10.89, МПК⁴ C 23 C 12/00, формула, с.1, аб. 3 описания).

Техническим результатом заявленного изобретения является повышение износостойкости и теплостойкости поверхностных слоев режущего инструмента.

Задачей настоящего изобретения является повышение эффективности литого инструмента из быстрорежущей стали за счет уменьшения хрупкости режущих кромок инструмента и затрат на упрочнение.

Поставленная задача достигается тем, что способ упрочнения литого режущего инструмента из быстрорежущей стали включает насыщение из обмазки, содержащей ферротитан, карбид бора, краснокровяную соль и хлористый аммоний при следующем соотношении компонентов, мас.%: Ферротитан - 50 - 60, Карбид бора - 20 - 30, Краснокровяная соль - 15 - 25, Хлористый аммонии - 2 - 3 и последующую термообработку - трехкратный отпуск совместно с сульфидированием в герметичном муфеле в среде сульфата натрия при 550 - 570^oC в течение одного часа.

Режущие пластинки отливаются по выплавляемым моделям. Химический состав стали составляет в %: C - 0,84; W - 6,2; Mo - 5,4; Cr - 3,9 и V - 2,1, что соответствует стали Р6М5. После вырубки и очистки пластинки шлифуются и затачиваются с припусками 0,1 мм для окончательной обработки после цементации. Цементацию проводят в муфеле в среде древесного активированного угля при температуре 980 - 1020^oC в течение 1,5 часа, охлаждение с муфелем на воздухе. Далее пластинки затачивают и шлифуют на окончательные размеры и обезжиривают в уайт-спирите или бензине и подвергают насыщению в обмазке. Состав обмазки содержит следующие ингредиенты (в мас.%): Ферротитан - 50 - 60 Карбид бора - 20 - 30 Краснокровяная соль - 15 - 25 Хлористый аммоний - 2 - 3 Все эти ингредиенты разводят в этилсиликате до получения густой сметанообразной пасты. Полученную пасту наносят на шлифованные части пластинок слоем 2-5 мм и просушивают на воздухе до получения твердой корки. Подготовленные пластинки нагревают токами высокой частоты до 1180-1250^oC с выдержкой в течение 3-5 мин и охлаждением с подстуживанием в масле при 60-80^oC. Отпуск пластинок производят троекратно в муфеле в среде сульфата натрия с засыпкой древесного угля при 550-570^oC в течение одного часа.

После такой обработки на поверхности пластинок образуется тонкий слой толщиной 3-5 мкм сульфида железа, играющий роль твердой смазки, а под ним - слой толщиной 10-15 мкм, состоящий из карбидов и нитридов титана, боридов железа. Микротвердость на поверхности не превышает 21500 МПа вследствие малой толщины слоя и частичного его продавливания, т.к. карбиды и нитриды титана обладают значительно более высокой твердостью.

Ускоренные стойкостные испытания пластин проводили при точении стали 50, скорости резания 90 м/мин, глубине резания 1,0 мм, подаче 0,08 мм/об. Критерием стойкости выбрано машинное время в минутах до катастрофического износа.

Как следует из приведенных в таблице данных, предлагаемый способ для упрочнения литого инструмента из быстрорежущей стали Р6М5 в процессе резания (упрочненных по режимам 2-9) обеспечивает в сравнении с пластинками из кованной быстрорежущей стали (режим 11) повышение стойкости в 4,5 и более раза в сравнении с пластинками из твердого сплава ВК8 (режим 12) уступают на 10-15%.

При использовании пасты с содержанием компонентов для упрочнения пластин по предлагаемому способу за заявленными пределами (составы 1 и 10) стойкость режущего инструмента снижается.

Формула изобретения

1. Способ упрочнения литого режущего инструмента из быстрорежущей стали, включающий насыщение из обмазки, содержащей ферротитан и хлористый аммоний, и последующую термообработку, отличающийся тем, что насыщение проводят из обмазки, дополнительно содержащей карбид бора и краснокровяную соль, при следующем соотношении компонентов, мас.%: Ферротитан - 50-60 Карбид бора - 20-30 Краснокровяная соль - 15-25 Хлористый аммоний - 2-3 а в качестве термообработки проводят трехкратный отпуск совместно с сульфидированием в герметичном муфеле в среде сульфата натрия при 550-570°С в течение 1 ч.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что в качестве ферротитана используют FeTi-75.

3. Способ по п.1 или 2, отличающийся тем, что перед насыщением из обмазки инструмент шлифуют, затачивают и подвергают цементации при 980-1020°С с выдержкой в течение 1,5 ч и охлаждением вместе с муфелем.

4. Способ по любому из пп.1-3, отличающийся тем, что указанный состав обмазки разводят в этилсиликате до получения сметанообразной пасты.

5. Способ по любому из пп.1-4, отличающийся тем, что после нанесения пасты на поверхность инструмента и сушки производят нагрев в индукторе с токами высокой частоты при 1180-1250°С с выдержкой в течение 3-5 мин и охлаждение с подстуживанием в масле при температуре 60-80°С.

РИСУНКИ

Рисунок 1