Способ термической обработки длинномерного инструмента из быстрорежущих сталей

Сою Советскик Социалистических РеспубликОПИСАНИЕИЗОБРЕТЕН ИЯК АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ 1 н 773103(22) Заявлено 180978 (21) 2664997/22-02с присоединением заявки Но(51)М. Кл. С 21 О 9/22 С 21 О 1/04 Государственный комитет СССР по делам изобретений и открытий(54) СПОСОБ ТЕРМИЧЕСКОЙ ОБРАБОТКИ ДЛИННОМЕРНОГО ИНСТРУМЕНТА ИЗ БЫСТРОРЕЖУЩИХ СТАЛЕЙИзобретение относится к "термической обработке инструментальных сталей,в частности длинномерного режущегоинструмента - сверл, протяжек, зенкеров с соотношением диаметра к длине от 1:30 до 1:100 из быстрорежущих сталей и может быть использовано в инструментальных производствах,специализированных и машиностроительных предприятий. 10Длинномерный инструмент при термической обработке подвергается значительной деформации до 0,6-0,8 ммна длине 500-600 мм. Причиной этомуявляются тепловые и структурные 15напряжения, а также неравномерностьсечения инструмента по длине и структурная неоднородность исходногопрутка,Известны способы термообработки 20режущего иснтрумента из быстрорежущих сталей, позволяющие уменьшитьих деформацию. Так,применение ступенчатого нагрева до температур закалкис тремя подогревами при 400-500 С, 25840-850 С и 950-1000 С позволяет получить инструмент с поводкой 0,40,6 мм на длине 400-600 мм. Аналогичных результатов достигают при ступенчатой или иэотермической закалке с 30 охлаждением в расплавах солей и области бейнитного или начала мартено ситного превращения при 200-270 С в течение 5-20 мин 1 и 2 .Укаэанные способы нагрева и охлаждения при обработке инструмента не позволяют существенно устранить деформацию и требуют в конечном счете механического воздействия на инструмент - заневоливания и рихтовки при закалке (в интервале 180-250 С), а также рихтовки с местным подогревом. при 550-580 С после закалки и отпуска, позволяющие уменьшить деформацию до 0,15-0,25 мм на длине 400-600 мм и 0,25-0,45 мм на длине 500-800 мм.Известен также способ термообработки длинномерного режущего инструмента с использованием переменного магнитного поля напряженностью 8000" 10000 Э в процессе охлаждения от температуры выдержки в области наибольшей устойчивости аустенита при ступенчатой закалке и отпуске до 200- 2500 С, при котором инструмент устанавливается в соленоиде произвольно в саободном состоянии на подвеске или в приспособлении без жесткой фиксации. При этом скорость охлаждения в основном поддерживается путем обдува садки воздухом, подаваемым в соленоид, и составляет 20-30 С/мин 3.Способ обеспечивает уменьшение деформации до 0,02-0,03 мм на длине 300-400 мм и 0,08-0,25 мм на длине больше 500 мм, что, однако, не всегда удовлетворяет технологические потребности, в то же время устраняет деформации порядка 0,02-0,03 мм путем рихтовки практически невозможно. Способ применим преимущественно для инструмента с постоянным сечением сверла, развертки и т.п.), но при обработке инструмента с перемен,ным сечением по длине (конические протяжки и др.) деформация резко увеличивается, часто превышая 0,27- 15 0,35 мм на длине 400 мм.Недостаточная эффективность способа связана с относительно высокой скоростью охлаждения, снижение которой в условиях дополнительного об- ;щ дува воздухом ведет к возможности местного индукционного перегрева тонких режущих кромок инструмента из-за нескомпенсированности степени обдува воздухом и разогрева и, как следствие, к увеличению местной деформации, а также со свободной установкой инструмента в соленоиде. Последнее ведет к возможности отклонения инструмента от вертикального положения и возникновению отрицатель- ЗО ного поперечного воздействия поля, что не позволяет устранить полностью деформацию, По этой же причине, а также из-за произнольного расположения инструмента в соленоиде и, как 35 следствие, неодинакового подогрева полем возможно получение в одной садке инструментов с различной величиной деформации. Цель изобретения - уменьшение деФормации инструмента,Поставленная цель достигается тем, что согласно способу, включающему нагрев под закалку, закалку с подстуживанием в области наиболь шей устойчивости аустенита и отпуск с наложением магнитного поля напряженностью 8000-10000 Э при охлаждении от температуры подстуживания при закалке и отпуске, инструмент жестко фиксируют н вертикальном положении при охлаждении с наложением магнитного поля на расстоянии от оси соленоида не более 1/5 его диаметра, а охлаждение в магнитном поле ведут до 300-350 С со скоростью 5-15 С/мин.О оЖесткая установка инструмента в вертикальном положении в осевой зоне соленоида, где силовые линии поля имеют наибольшую плотность и строго вертикальны позволяет максимально 60 испольэовать силовое воздействие поля для рихтовки, предотвратить деформацию от структурных и тепловых напряжений и анизотропии свойств по сечению. В выбранном интервале температур наложения магнитного поля инструмент более пластичен при за алке, чем в известном способе, мартен- ситное превращение не закончено, количество остаточного аустенита, не претерпевшего превращения, более 45, что позволяет легче компенсировать возникающие структурные напряжения, В равной мере при отпуске интервал от 550-5600 С до 300-350 С, когда мартенситное превращение еще полностью не закончено, наиболее эффективен для силового воздействия полем и не приводит к возникновению дополнительных нескомпенсированных напряжений н инструменте, так как мартенситное превращение интенсифицируется магнитным полем и в различных микрообьемах протекает более ранномерно. Наконец, уменьшение скорости охлаждения до 5-15 С/мин (за счет индукционного подогрева полем снижает температурный градиент по сечению инструмента, уменьшает тепловые напряжения и, как следствие, деФормацию. Кроме того, такая скорость с одновременными воздействиями магнитного поля приводит к уменьшению структурных напряжений и сечение нследствие более равномерного превращения аустенита в мартенсит, а также увеличивает длительность силового воздействия полем, что предотвращает релаксацию части деформации,Способ термической обработки длин- номерного инструмента иэ быстрорежущих сталей реализуется с помощью устройства, состоящего из соленоида переменного тока промышленной частоты с несколькими секциями обмотки для возможности регулирования магнитного поля и сменных крышек для установки инструментов н соленоиде. Соленоид уст:нонлен на основании, снабженном поворотными рычагами, удерживающими нижнюю крышку. В верхней крышке установлены сьемные конусные втулки, а в нижней крышке соосно с втулками выполнены конусные отверстия для Фиксирования инструментов в вертикальном положении, Соосность крышек обеспечивается направляющими штифтами. В зависимости от типа и диаметра обрабатываемого инструмента крышки выполняют с одним отнерстием по центу или несколькими, расположенными в пределах круга с радиусом не более 1/5 внутреннего диаметра соленоида. Для уменьшения активных потерь мощности в конструкции соленоида крышки выполнены иэасбоцемента или керамики с металлическими втулками.П р и м е р 1. Прошивки иэ Ст, Р 6 М 5 диаметром 24 мм с длиной рабочей части 520 мм при общей длине 700 мм нагревают под закалку в ваннах С(состава; 22 НаС 1 +773103 1Заказ 8137 Ти аж 608 Подписное РНИИИПИ )2Филиал ПЕ 1 П "Патент", г. Ужгоцод, ул. Проектна 70 ВаС 1 1 30 МаС 1). Первый подогрев проводят при 560"С в ванне Сн течение 6 мин, а второй подогрев - в ванне СВСпри 840 С в течение 4 ми. Окончательный на:рев ведут в ванне (состава; 97 ВаС 12 + 3 Н 9 Р 2 ) при 1220 С в течение 100 с, Охлаждают в расплане ще - лочей 50 КОН + 50 ЕЕаОН при 500 С 5 мин, а затем поштучно в соленоиде в магнитном поле напряженностью 000 Э от 500 С до 300 С н течение 20 мин со скоростью 10 С/мин, затем до 20 С беэ поля. После каждого иэ двух отпусков н ванне Спри 560 ОС в течение 1 ч охлаждение от 560 до 300 С ведут в магнитном поле аналогично при закалке по тем же режимам. После охлаждения контролируют величину деформации, Она составляет 0,08-0,10 мм на общей длине 700 мм против 0,16-0,19 мм при обработке по известному способу по тем же режимам закалки и отпуска со скоростью охлаждения в магнитном поле 20 С/мин и свободной поднеске инструмента, Твердость после закалки и отпуска н обоих. случаях НВС = 64,5.П р и м е р 2. Зенкеры диаметром 22 мм стыкованные - рабочая часть длиной 500 мм из Ст. Р 6 М 5 К 5, хвостоник иэ Ст. 40 Х длиной 240 мм, направляющая из Ст. РбМ 5 К 5 длиной 60 мм - нагревают при закалке с подогревами н ваннах Спри 580 Со б мин и СВСпри 840 С 4, 5 мин н окончательный нагрев в течение 2 мин 0,5 с при 1225 С, Охлаждают в нанне Спри 600 С 4 мин, затем в соленоиде по 3 шт, расположенными от оси соленоида на расстоянии 1/10 его внутреннего диаметра, при этом хвостовая часть и направляющая располагаются вне соленоида. Охлаждение от 600 до 350 сС ведут в поле напряжен - ностью 10000 Э в течение 50 мин со скоростью 5 С/мин, затем на воздухеобез поля. После каждого из двух от- . пусков при 560 оС по 1 ч охлаждение в магнитном поле ведут аналогично при закалке, Твердость после закалки и отпуска НВС = 65,5, деформация на общей длине 800 мм составляет 0,015-0,11 мм против 0,28-0,30 мм при обработке по известному способу по аналогичным режимам закалки и отпуска со скоростью охлаждения в магнитном поле 20 С/мин и свободной установке зенкеров от оси соленоида на расстоянии 1/3 его внутреннего диаметра.П р и м е р 3, Сверла диаметром 34 мм и длиной 680 мм с рабочей частью длиной 550 мм из Ст. Р 9 М 4 К 8 и хвостовой частью из Ст. 38 ХС нагренают для закалки ступенчато при 560 С,о б ми и при 840"С, 4 ми и окончательно нагревают в ванне (состава97 ВаС 1 - 3 Н 9 Р,) при 1215 С втечение 120 с, Охлаждение ведут сначала н расплаве соли н ване С при 580 С 5 мин, затем в соленоидепо 3 шт установленными от осисолеоида а 1/5 его внутренегодиаметра, с напряженностью поля8000 Э до 300 С со скоростью15 С/мин, затем на воздухе беэ поля, - После каждого из трех отпусков вване Спри 560 С по 1 ч охлаждение от температуры выдержки до300 С ведут аналогично при закалкеопо тем же режимам. После обработки 15 твердость НВС = 66,0, а величинадеформации составляет на общейдлине, по данным 112 измерений (вчетырех зонах), 0,10-0,12 мм против0,23-0,31 мм при обработке этих Щ сверл известным способом по аналогичным режимам закалки и отпуска сохлаждением н магнитном поле соскоростью 20 С/мин и произвольнойосвободной установке в соленоиде,Ередлагаемый способ в сравнениис известным позволяет уменьшить деформацию на длине до 800 мм в 1,93,5 раза в зависимости от типа инструмента и стали, исключить практически рихтовку и связанный с ней З( брак, снизить трудоемкость на окончательное шлифонание припусков надеформацию.Формула изобретения Способ термическои обработки длин номерного иструмента из быстрорежущих сталей, включающий нагрев подзакалку, закалку с подстужинаниемв области наибольшей устойчивостиаустенита и отпуск с наложением40 магнитного поля напряженностью8000-10000 Э при охлаждении от температуры подстуживания при закалкеи отпуске о т л и ч а ю ш и й с ятем, что, с целью уменьшения дефор 45 мации инструмента, его жестко фиксируют в вертикальном положении приохлаждении с наложением магнитногополя на расстоянии от оси соленоидане более 1/5 его диаметра, а охлаждение в магнитном поле ведут до 300350 С со скоростью 5-15 С/мин,Источники информации,принятые во внимание при экспертизе1. Геллер Ю.А, Инструментальныестали. М., 1975, с, 102, 350.2. Сергейчен И.М. и др. Технология термообработки режущего и измерительного инструмента, М., 1975,с. 166.3. Сборник "Технология проиэводстна научная организация труда иуправления". М., НИИМАШ, 1977,с. 10-14,