Способ термической обработки быстрорежущих сталей

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ п 1133650 Союз Советских Социалистических Республикприсоединением заявки Уе Государственный комнте Совета Министров СССР(23) ПриоритетОпубликовано 30.10,76, Бюллетень МДата опубликования описания 12.11.7 53) УДК 621,785.7(71) Заявител 54) СПОСОБ ТЕРМИЧЕСКОЙ ОБРАБОТКИ БЫСТРОРЕЖУЩИ СТАЛЕЙИзобретение относится к области термической обработки металлов и, в частности, касается обработки быстрорежущих сталей, преимущественно вольфрамомолибденовых, вольфрамомолибденокобальтовых Р 6 М 5, Р 6 М 5 К 5, Р 7 М 4 Ф 2, РОФ 2 К 8 М 6, предварительно подвергаемых нитроцементации.Известны способы термической обработки быстр орежущих сталей, предусматривающие цементацию или нитроцементацию в твердом карбюризаторе или расплавах солей с последующей закалкой из соляных ванн и отпуском 11, 2. В известных способах закалку принято производить от температур на 100 - 200 С ниже температуры плавления или на 40 - 50 С ниже образования первых участков гамма-фазы в структуре. Так, для стали Р 18 температура закалки составляет не выше 1300 С, Р 6 М 5 - не выше 1230 С, если они не подвергались нитроцементации.При цементации или нитроцементации содержание углерода в поверхностном слое повышается до 1,2 - 2,4%, количество карбидов в слое достигает 45 - 60/о, в связи с чем температура плавления слоя снижается до 1140 - 1250 С и закалку соответственно ведут от 900 в 10 С, При закалке нитроцементированных сталей с нагревом в соляных ваннах от температур, выше принятых на 100 - 150 С, из-за повышенного содержания углерода образуется местное или полное оплавление рабочих поверхностей инструмента. При закалке от температур 900 - 1000 С резко снижается красностойкость поверхностного соля, твер дость и прочность сердцевины до НКС = 51 -54, так как последняя практически недогревается до оптимальных температур, Снижение этих свойств вызвано недостаточным растворением при указанных температурах закалки 10 в поверхностном слое карбидов МвС, МС, малой степенью легирования твердого раствора, большим количеством карбидов М 2 зСь образующихся в слое при цементации, легко растворимых при закалке, но содержащих 15 большое количество хрома, не способствующего получению высокой красностой кости слоя. Последующий отпуск при 140 - 560 С приводит к снижению твердости слоя до НЕС 59 - 60 и сердцевины НКС 46 - 48, что 20 снижает эффект нитроцементации и делаетобработку режущего инструмента по таким режимам нецелесообразным.Известен способ, включающий предварительную нитроцементацию, предусматриваю щий закалку от 900 - 1000 С в масле с последующей обработкой холодом при 70 - 80 С и отпуск при 140 в 5 С 3. Указанный способ позволяет получить на глубине 0,3 - 0,5 мм твердость НКС 66 - 70 при относительно вяз кой сердцевине - 58 НЕС. Однако красно 533650стойкость сталей при такой обработке остается недостаточной, например стали Р 9, Р 18 имеют НКС (620 С, 4 час) 52 - 53, а стали Р 6 М 5 соответственно - 49 - 52, что не позволяет использовать этот способ для обработки режущего и высадочного инструмента, работающего при больших скоростях резания, ударном резании, с разогревом режущей кромки выше 200 - 250 С, Кроме того, концентрация углерода в поверхностном слое при нитроцементации сталей Р 18, Р 6 М 5 достигает 1,7% и более, что вызывает повышенную хрупкость слоя, снижает его шлифуемость.Целью изобретения является повышение износостойкости и красностойкости поверхностного слоя, твердости и прочности сердцевины, а также вязкости сталей.Поставленная цель достигается тем, что закалку осуществляют от температуры на 5 - 80 С ниже температуры нитроцементованного слоя сначала в соли при температуре на 150 - 200 С выше температуры начала мартенситного превращения сердцевины в течение 5 - 30 мин, а затем в жидком азоте (при - 196 С), возбуждаемом ультразвуком.При такой обработке в структуре слоя в поверхностной зоне образуется лебедуритная эвтектика, далее зона угловатых карбидов, зона крупноигольчатого мартенсита, зона мелкоигольчатого мартенсита с переходом к структуре сердцевины. При этом в слое растворяются не только легкоплавкие карбиды типа (1,"еСг) зСь (ГеСг) Сз, но и тугоплавкие (1"езЧз) С, (ЕезМоз) С, ЧС, являющиеся источниками повышения твердости и красностойкости слоя. При охлаждении и последующем трех - четырех-кратном отпуске увеличивается эффект вторичной твердости как в слое, так и в сердцевине, так как температура закалки на 10 - 20 С ниже оптимальной для закалки сердцевины.Температура закалки, близкая к температуре плавления слоя, и указанные условия охлаждения способствуют более активному и полному мартенситному превращению в высокоуглеродистом слое и в сердцевине, при этом сердцевина получает высокую твердость, прочность и вязкость. Несмотря на значительную разницу в структуре слоя и сердцевины уменьшаются напряжения в поверхностном слое и переходной зоне, исключается образование трещин в слое при закалке и отпуске, уменьшается коробление инструмента. Глубокое охлаждение в равномерной среде при - 196 С создает дополнительные сжимающие напряжения в поверхностном слое (кроме структурных), что ведет к увеличению контактной прочности и облегчает приведение последующего длительного отпуска.П р и м е р 1, Насадные протяжки для прошивки отверстий, изготовленные из сталей Р 6 М 5, предварительно подвергали нитроцементации в продуктах пиролиза триэтаноламина с активизирующими добавками в печи Ц, оборудованной насосом для подачи три 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 этаноламина и капельницей для регулирования его расхода. Нитроцементировали при 940 С в течение 6 час, расход триэтаноламина - 100 кап/мин. Получен слой толщиной 0,95 мм с содержанием углерода 1,8%. Температура плавления слоя в 12 С. После охлаждения на воздухе проведена закалка с нагревом в соляных ваннах. Подогрев до 840 С в течение 6 мин, нагрев до температуры закалки 1215 С, выдержка 100 сек, охлаждение в расплаве соли при 520 С в течение 6 мин, затем перенос в ванну с жидким азотом, установленную на преобразователе установки УЗГ,5. Охлаждение до - 196 С, выдержка 5 мин, затем выгрузка на воздух, Последующий отпуск - 4 час)(520 СХЗ раза. Твердость после закалки и отпуска НКС 68,5 - 69,0, сердцевины НКС 62,5, красностойкость слоя НКС (620 С, 4 час) 61,5, Износостойкость протяжек в 4,5 раза выше обычно обработанных из стали Р 6 М 5. При этом обеспечивается прочность о, =480 - 490 кг/мм при ударной вязкости аы,Б. = 7,8 - 8,0 кг/см.П р и м ер 2. Обрабатывали высадочные матрицы для высадки заклепок из стали 16 хСН из прутка диаметром 7 мм. Нитроцементировали при 940 С в течение 6 час, расход триэтаноламина - 120 кап/мин. Содержание углерода в слое - 2,2%, температура плавления слоя - 1195 С. После нитроцементации матрицы сразу переносили в вакуумную печь Ш, нагревали до 1160 С в течение 15 мин. Охлаждали в расплаве соли при 400 С в течение 15 мин, затем переносили в жидкий азот с ультразвуком и охлаждали до - 196 С в течение 20 мин. Последующий отпуск - 2 час)(500 С 4 раза. Твердость слоя НКС 67,5 - 68,0, сердцевины НКС 61,5. Износостойкость до изменения диаметра на 0,05 мм составила 180000 высадок, что не уступает твердосплавной матрице из ВКЗ.П р и м е р 3. Обрабатывали дисковые автоматные резцы из стали Р 6 М 5 К 5 для обработки головок болтов из прутка 18 мм стали 30 ХГСА. Нитроцементировали при 920 С в течение 8 час с расходом триэтаноламина 70 кап/мин. Содержание углерода в слое - 1,2%, температура плавления - 1305 С. Закаливали после нитроцементации в соляных ваннах: подогрев при 820 С в течение 8 мин, нагрев при 1225 С в течение 2 мин, охлаждение в расплаве соли при 520 С в течение 4 мин, затем в жидком азоте с ультразвуком в течение 10 мин. Отпуск - 2 часК 520 СК К 3 раза, Твердость после закалки и отпуска слоя НКС 69,5 - 70, сердцевины НКС 64,5 - 65, Износостойкость в 6,5 раза выше, чем при обработке по авт. св.223126. Стала возможной переточка резцов по передней грани без растрескивания слоя,Предложенный способ в сравнении со способом 13) обеспечивает повышение красностойкости на 6 - 10 единиц, твердости на 3 - 6 единиц НКС. Повышается контактная выносливость поверхностного слоя, снижается хруп533650 Ф о р мул а изобретения Составитель Г. ШевченкоРедактор Е. Шепелева Техред В. Рыбакова Корректор А Гачахова Заказ 2481/8 Изд.171 Тираж 654 Подписное ЦНИИПИ Государственного комитета Совета Министров СССР по делам изобретений и открытий 113035, Москва, Ж, Раушская наб., д, 45Типография, пр. Сапунова, 2 кость и склонность инструмента к выкрашиванию, образованию трещин при закалке и шлифовании, что повышает срок его службы. Способ позволяет использовать для изготовления режущего инструмента молибденовые стали Р 6 М 5, Р 6 МЗ вместо дефицитных и дорогостоящих вольфрамовых и вольфрамокобальтовых сталей Р 18 Ф 2 К 5, Р 9 К 5, так как удалось повысить их красностойкость до уровня последних, а твердость часто превышает твердость этих сталей на 1,5 - 2,0 НКС и вместе с износостойкостью достигает уровня стойкости твердых сплавов ВК 8, ВК 10, ВК 20. Способ термической обработки быстрорежущих сталей, преимущественно молибденовых и вольфрамомолибденовых, включающий предварительную нитроцементацию, закалку, обработку холодом и отпуск, о т л и ч а ю.щ и й с я тем, что, с целью повышения износостойкости и красностойкости поверхностного 5 слоя и прочности сердцевины, закалку осуществляют с температуры на 5 - 80 С ниже температуры плавления нитроцементованного слоя сначала в соли при температуре на 150 - 200 С выше температуры начала мар тенситного превращения сердцевины в течение 5 - 30 мин, а затем - в жидком азоте с наложением ультразвуковых колебаний. 1, Геллер Ю. А. Инструментальные ста 15 ли, М., 1968, с. 494 - 496 (аналог). 2. Патент США3827923, 148 - 31.5, 1974, (аналог). 3. Авт св.223126, С 210 9/22, 1967, (прототип).