Способ термической обработки быстрорежущих сталей

О П ИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ Союз Советских Социалистических Республик(51)М. Кл.2 с присоединением заявки Мо С 21 П 9/22 С 21 П 1/78 Государственный комитет СССР но делам изобретений и открытий(71 Заявитель Уфимский авиационный институт им. Орджоникидзе(54) СПОСОБ ТЕРМИЧЕСКОЙ ОБРАБОТКИ БЫСТРОРЕЖУЩИХСТАЛЕЙ Изобретение относится к термической обработке металлов, а именно к обработке быстрорежущих сталей, преимущественно вольфрамомолибденовых 5 и может найти широкое применение при термообработке холодновысадочного инструмента в метизном производстве,Известны способы термической обработки быстрорежущих сталей, преду 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 ванныхдо температур на 5-80 С ниже температуры плавления нитроцементированного слоя, что составляет для стали Р 6 М 5 1215-1160"С, далее следует закалка с изотермической выдержкой в соли при температуре на 150-200 С выше температуры мар тенситного превращения в сердцевине, а затем в жидком азоте с наложением ультразвуковых колебаний и отпуск. Данный способ позволяет получить твердость поверхностного слоя 67- 30 69 ед.Н 2 С и сердцевины 61,5-64,5 ед. НЕС.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 Р 6 М 5 при 940 С в течение 6 час с расходом триэтаноламина 100 кап/мин поверхностный слой содержит 1,8 углерода с температурой плавления слоя 1235 С, 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 местне оплавление рабочих поверхностейинструмента. К недостаткам известного способа относятся также сложность и трудоемкость процесса - охлаждение в жидком азоте с наложением ультразвуковых колебаний.Известен способ, включающий предварительную нитроцементацию притемпературе 900-1000 С, совмещеннуюс закалкой, обработку холодом и отпуск при 140-560 С. Способ позволяетполучать при обработке быстрорежущих сталей твердость 66-70 ед.НЫС,на глубине 0,3-05 мм при вязкойсердцевине - 58 ед.ННС 3,К недостаткам данного способаповерхностного упрочнения при диффузионном насыщении относятся; длительность процесса насыщения (6-8 час),низкая твердость поверхностногослоя 67-69 ед. НВС при закалке с оптимальных температур на максимальную 2 Опрочность и вязкость сердцевины,Кроме того, низкая красностойкостьповерхностного слоя при циклическихтемпературно-силовых воздействияхснижает эффективность обработки режущего инструмента и особенно высадочного. Например, поверхностныйслой рабочей части прошивного пуансона глубиной до 0,15 мм нагревается за каждый цикл высадки до 360480 С при общем разогреве инструмента до 250-300 С при удельных давлениях 120-200 кг/мм", В связи с этимтвердость нитроцементированногослоя снижается на 3,5-6 ед, и,соответственно, предопреДеляет износостойкость последнего.Цель изобретения - повышение износостойкости и красностойкостиповерхностного слоя,Указанная цель достигается тем,что в известном способе термическойобработки быстрорежущих сталей,преимущественно вольфрамомолибденовыхдля высадочного инструмента, включающем операции высокотемпературного процесса предварительно диффузионного насыщения поверхностного слоя,.совмещенного с закалкой, обработкихолодом и отпуска, в качестве предварительного диффузионного насыще- щния осуществляют процесс борированипри температуре 1080-1150 С в течение 1-3 часа, а многократный отпускведут при 350-560 ОС.При такой обработке структураслоя поверхностной зоны состоитиз боридов ГеВ и РеВ. Микротвердость борированного слоя составляет Н .= 2800-3300 дан/мм", Слой боридов ймеет высокую, температурнуюстабильность, нагрев до 830-900 С не ббовызывает структурных и концентрированных изменений и последующая термообработка не влияет на микротвердостьборидных составляющих диффузионногослоя, Я 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 6,5- 8,5 кгм/мм и прочности на изгиб 360-420 кг/мм,твердости НЕС 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 характеристикпрочности и вязкости, Нижний тем" пературно-временной интервал ограничен с одной стороны снижением характеристик прочности основы 54-56 ед, НКС, а с другой стороны- минимальной 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.П р и м е р , Способ проверяется при термообработке высадочных пуан= сонов с коестообразным шлицем, имеющих наиболее сложный рельеф поверхности, для высадки винтов впотай М 8 из стали 35 и винтов М 5 с полупотайной головкой из стали 20 КП. Заготовки .пуансонов из стали Р 6 М 5, полученные методом выдавливания по серийному техпроцессу, предварительно подвергаются борированию порошковым кон722965 Формула изобретения Составитель Клыко в аРедактор Л.Алексеенко Техред О,легеза Корректор Г.Решетник Заказ 1003/1 Тираж 608 ПодписноеЦНИИПИ Государственного комитета СССРпо делам изобретений и открытий113035, Москва, Ж, Раушская наб.,д,4/5 Филиал ППП Патент, г.ужгород, ул.Проектная,4. тактным методом. Заготовки укладываются в контейнер, засыпаются пред-варительно прогретой реакционной сме сью при 400-450 С и герметизируютсясиликатом натрия. Реакционную смесьсоставляют путем смешивания порошка 5карбида бора с 1,5 фтористого аммония,,Контейнер нагревают при 1080 С в течение 2 час, охлаждают в закалочнойванне с проточной водой, заготовкиочищают, подвергают обработке холодом и отпуску при 560 С в течениечаса (отпуск трехкратный). Твердостьборидного слоя составляет 72 ед, НКС,сердцевины - 58 ед.НВС при толщинеслоя 38-45 мкм. Стойкость возрастаетв 8 раз при высадке винтов М 8 и в6,5 раза при высадке винтов М 5и лимитируется во втором случаепрочностью пуансонов. Обработка поданному способу .стали Р 6 М 5 послеборирования при температуре 1080 С 201 час и многократного отпуска прио350-400 С, позволяет получить мак,симальную прочность сердцевины наизгиб 395-420 кг/мм при толщинег.диффузионного слоя 20-24 мкм. Для 25высадочного инструмента, имеющегодопуск на износ в пределах 0,100,25 мм, процесс диффузионного насы,щения ведут при 1150 С в течение1-2 час, отпуск проводят при 550560 С, что позволяет получить толщи"ну диффузионного слоя 110-130 мкм придостаточно высокой прочности сцепления слоя с основой. данные режимытермообработки следует проводитьЗ 5например, на группе прошивных пуансонов йри высадке гаек, не имеющихсложного геометрического рельефатребующих значительную величину упрочненного слоя,Предложенный способ термообработ Оки по сравнению с известными спосо,бами обеспечивает повышение красностойкости поверхностного слоя на 5-8 ед., твердости на 2-5 ед. ННС,Повышается контактная прочность поверхностного слоя и снижается объемная деформация инструмента,что умень-,шает склонность к выкрашиванию поверхностного слоя при эксплуатации.Стойкость высадочного инструментавозрастает в 3-5 раз с уменьшениемтрудоемкости его изготовленияСпособ позволяет использоватьдля изготовления инструмента вольфрамомолибденовые стали типа Р 6 М 5,Р 6 МЗ и другие и достигнуть уровняпо твердости и износостойкости та-:ких твердых спЛавов как ВК 8; ВК 20других,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 щ и й с я тем, что, с целью повы" шения износостойкости и красностойкости поверхностного слоя, процесс диффузионного насыщения осуществляют бором при 1080-1150 С в течение1-3 часа.2, Способ по п,1, о т л и ч а ющ и й с я тем, что отпуск при 350 о560 С производят многократно. Источники информации,принятые во внимание при экспертизе1, Патент США Р 3827923 кл,14831.5, 1974.2. Авторское свидетельство СССРР 533650, кл. С 21 Р 9/22, 1976.3. Авторское свидетельство СССРР 223126, кл.С 21 Р 9/22, 1968.