Способ термической обработки литой быстрорежущей стали

А СОЮЗ СОВЕТСКИХСОЦИАЛИСТИЧЕСКИХРЕСПУБЛИК 19) (111 9/22; С 21 0 1/2 1511 С 2 ПИСАНИЕ ИЗОБРЕТ ЫУ СВИДЕТЕЛЬС Н АВТО чательную термическую обработку, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что, с целью повышения прочности к красно стойкости, предварительную термичес" кую обработку производят путем термоциклического нагрева до температуры на 20 - 50 фС ниже температуры плавления и охлаждения до 800 - 850 С с изотермическими выдержка соответст" венно 5 - 12 и 10 - 25 с , 1 мм се чения.2. Способ по и, 1, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что окончательну термическую обработку осуществля путем закалки и отпуска по станд ным режимам, совмещая нагрев под закалку с последним нагревом до верх-ней температуры при термоциклировании,З.Способ по п.1,о т л и ч а ю - щ и й с я тем, что, с целью обеспечеиия высокой обрабатыеаеыости реза- ( нием,. охлаждение с нижней температуры термоциклирования производят до 700 - .760 С, выдерживают 4 - 8 ч и окончательно охлаждают мина юютартГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССРПОДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ(71) Красноярский ордена ФрудовогоКрасного Знамени институт цветныхметаллов им. М.И. Калинина и Производственное объединение "Сибтяжмаш"(56) 1. Геллер Ю.А Инструментальные стали. Мее 1968, с. 170-176,396-397,2. Авторское свидетельство СССРР 730838, кл, С 21 Р 9/22, 1977.3. Авторское свидетельство СССР9 4559, кл, С 21 0 1/26, 1924.4. Геллер Ю.А. и др, Термическобработка быстрорежущей,стали дляулучшения распределения карбидов.МИТОМ, 1967, Р 9, с. 18-23.(54)(57) 1. СПОСОБ ТЕРМИЧЕСКОЙ ОББОТКИ ЛИТОЙ БЫСТРОРЕЖУЩЕЙ СТАЛИ,включающий предварительную и окон ИЯ . 131014938, Изобретение относится к металлургии и может быть использовано притермической обработке сверл, фреэ,;резцов и других режущих инструмен-тов, изготовленных из литых быстрорежущих сталей или заготовок для 5этих инструментов, а также можетбыть использовано для термической обработки слитков из быстрорежущих сталей, предназначенных для горячейпластической деформации (прокатке, 10ковке, штамповке и др.) .Известны способы термической обработки литых быстрорежущих .сталей,направленные на изменение структурного состояния эвтектической карбидной фазы (11.Наиболее широкое применение полу-.чил отжиг с нагревом до температуры800 - 890 С с выдержкой 10 - 20 ч,лаждением до 720 - 750ростью 30 - 40 /ч, выдержкой йри этойо й 2температуре не менее 4 ч и дальнейошим охлаждением в печи до 600 - 650 Ссо скоростью 40 - 50 /ч, а затем наовоздухе.25Такой отжиг мало влияет на раз-,меры и расположение эвтектическихкарбидов. Повышение температуры отжига до 950 - 980 С способствуетлишь небольшому утонению карбиднойсетки,Известны способы термоциклическойобработки быстрорежущей стали согласно которым после нагрева сталй до880 " 890 С, т, е. на 60 - 80 С Выше точки л 1, осуществляют многократный температурный режим, включающий кроме нагрева до указанной температуры охлаждение до температур700 - 650 О С, те, на 120 - 170 Сниже точки А . В результате такого 40режима сокращается длительность отжига, однако карбидная сетка в литойбыстрорежущей стали после такого отжига сохраняется.Дробление сетки эвтектических кар бидов достигается нагревом до тем-,ператур в области полужидкого состояния (например, до 1305 - 1315 Сдля стали Р 18) или немного ниже температур плавления 23.Известен способ термической обра-.ботки, включающий нагрев до температуры ниже точки пережога стали,продолжительную выдержку ( 3 - 5 ч /и охлаждение (по крайней мере нижекритической точки), вслед за которыми проводят новые нагревы до более низких температур с последующимиохлаждениями (,3Данный способ нецелесообразно при.менять для быстрорежущих сталей. Это 60связано с тем, что использование длительной выдержки при температурахнемного ниже точки перенога быстро-режущей стали не только укрупняетзерно аустенита, но приводит к обра 65 зованию очень крупных округлой формыили угловатых карбидов, которые затем никакими другими видами термической обработки не устраняются, неиэмельчаются.Выполненные эксперименты показали, что применение нагрева при температурах несколько ниже точки пережога ( 1280 ОС для стали РЛ 2) с выдержкой даже 30 мин приводит к ростукарбидных включений, вследствие чегопрочность стали оказывается довольнонизкой 60,5 кгс/мм) .Дополнительные нагревы до 1000,а затем до 850 С, проведенные послепервого нагрева до 1280 С, не измеонили размеров карбидных включений и,следовательно, не обеспечили дополнительного эффекта от применениятрехкратного нагрева при отжиге.Наиболее близким к предлагаемомупо технической сущности и достигаемому результату является способ термической обработки литой быстрорежуцей стали, включающий выдержку сталипри несколькО пониженных температурах с длительной выдержкой, обеспечиваюцих частичное растворение идробление карбилной эвтектическойсетки (,.4.Нагрев при 1250 - 1300 С с выдержкой 30 - 45 мин приводит к дроблениюкарбидной эвтектической сетки, однако появление крупных угловатых карбидов, образующихся при такой обработке, приводит к получению крупногозерна при закалке, что не позволяетполучить повышенной прочности сталипосле окончательной термическойобработки.Цель изобретения - повышение прочности и красностойкости литой быстрорежуцей стали,Для достижения поставленной цели согласно способу термической обработки литой быстрорежущей стали, включаюцему предварительную высоко- температурную термическую обработку и окончательную термическую обработку, предварительную термическую обработку производят путем термоциклического нагрева до температуры на 20 - 50 С нихе 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 производят до 700 - 760 С, выдерживают 4 - 8 ч и окончательно охлаждают.Термоциклирование в интервале температур от 800 - 850 ОС до температуры на .20 - 50 О ниже температуры плавления стали вызывает чередующиеся5процессы растворения - выделения .эвтектических карбидов в аустенитев связи с изменением их растворимости в аустените с изменением температуры в этом температурном интервале, 10в результате чего карбидная сеткадробится на отдельные частички, которые сфероидизируются и частичнокоагулируют. Это приводит к устране-нию хрупкого каркаса карбидов, чтообеспечивает повышение прочности стали и, как следствие, повышение стойкости режущих инструментов,Применение при термоциклированииверхней температуры лишь на 20 - 50 Сниже температуры плавления обусловлено тем, что при таких высоких температурах наблюдается наибольшая растворимость карбидов в аустените, атакже наибольшая скорость протекания диффузионных процессов, необходиых 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 зернаустенита как непосредственно в период обработки, так и.при последую-.щей закалке инструментов.Значение нижней температуры термоциклирования 800 - 850 С обусловлено тем, что при этой температу-. 40ре наблюдается минимально возможнаярастворимость карбидов в аустените,что необходимо для интенсивного выделения избыточных карбидов по сечению аустенита в виде отдельных " 45мелких частиц вместо растворившихсяпри предшествующем нагреве грубыхкарбидных образований в составе карбидной эвтектики, Кроме того, исполь.эование нижней температуры термоциклирования, не ниже точки А, не 50обходимо для сохранения в структуре стали в течение всего процессатермоциклирования одинакового (ка-.чественно) фазового состава, Этоисключает необходимость выполнятьпри термоциклировании эвтектоидныйраспад аустенита и его образованиЕиэ перлита, что позволяет сократитьдлительность цикла.Длительность выдержки при верхней и нижней температурах термоциклирования приняты из расчетаобеспечения растворения части эвтектических карбидов при нагреве и выделения их в виде высокодисперсных65 частиц при охлаждении, Эти выдержки5 - 12 с на 1 мФ сечения при нагреве и 10 - 25 с на 1 мм сечения принижней температуре термоциклированияоказались равными выдержкам,применяемым при окончательной термической обработке соответственнодля температур окончательного нагрева и при температуре предварительного подогрева. При этом применение,выдержек при термоциклировании не,что способствует повышению прочностистали.Количество циклов 3 - 10. Этбобусловлено тем, что литые быстро"режущие стали могут иметь различнуюстепень неоднородности, при этомбольшее 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 илипластической деформацией непосредственно с температуры термоциклирова-.ния.П р и м е р, Литую быстрорежущуюсталь марки РЛ 2, содержащую,Ъ:углерод 1,05; вольфрам 8,0;.хром 2,0; ванадий 2,0; молибден 1,0марганец 1,5, в виде заготовок толщиной 15 мм подвергают термоциклической обработке по предлагаемому способу,Образцы нагревают и охлаждаютв период термоциклирования в соляных ваннах. Температура первой ванны соответствует верхней температу-,ре термоциклирования 1250 или 1280 С,во втооой ванне 800 - 850 С. :Пооводят термическую обработку по нескольким режимам.Режим 1 известнкй). Подогрев вванне с температурой 800 - 850 С втечение 2 мин, окончательный нагревпри 1280 фС, длительная выдержка30 мин, охлаждение в-масле; послетакой обработки обычныйтрехкратныйотпуск по 1 ч каждый при 5 б 0 СРежим 2 ( предлагаемый. Подогревв ванне с температурой 800 - 850 ОС втечение 2 мин, окончательный нагрев.апри 1280 С, выдержка 1 мин, охлажде"ние и выдержка в ванне при 830 С2 мин; далее перенос в ванну с тем"пературой 1280 ОС для следующего цикла термоциклической обработки с пов"торением таких циклов пять раз. После последнего пятого цикла обработ-,ки охлаждение производят с верхнейтемпературы термоциклирования1280 С.в масле до комнатной температуры.После закалки, выполненной указанным1014938 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 двараза предела прочности стали приизгибе обеспечивает такое же повышение стойкости режущих инструментовпри резании. Экономический эффектот использования предлагаемого способа с учетом дополнительных затратна выполнение термоциклической обработки составит не менее 1 тыс. руб. ,.на 1 т стали. Режим об- ра- бот- ки Рвер"достьНВС Пределпрочности,бкгсмм Тепло- стойкость, С при НВС Ъ 58 4 О 600 628 620 60,5 114,0 121,0 1 60 2, 61 3 61 Составитель Р. Клыкова Редактор С. Юско Техред М.Тепер Корректор Е.РошкоЗаказ 3138/24 Тираж 568 Подписное ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий 113035, Москва, Ж, Раушская наб д. 4/5Филиал ППП "Патент", г. Ужгород, ул. Проектная, 4 образом, проводят трехкратный отпуск по 1 ч при .560 фС.Режим 3 ( предлагаемый. Режимпроводят 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 температура была на 20 ОС ниже темпера:туры плавления; длительность выдержки при верхней температуре термоциклирования принята 2 мин, при ниж,ней температуре термоциклирования4 мин, количествоциклов термоыиклирования 7.,ТЕрмически обработанные образцы 15испытывают на твердость НВС), изгибс определением предела прочностипри изгибе, теплостойкость.Испытание прочности проводятпо схеме сосредоточенного изгиба. 20Для испытания вырезают образцы сечением б х б мм, расстояние между опорами 30 мин.Теплостойкость.определяют путемизмерения твердости образцов пос/ле проведения посЛедовательныхчетырехчасовых нагревовпри температурах 600, 625, 650 и675 ф С с охлаждением на воздухе после каждого нагрева. По полученнымданным строят графики зависимоститвердости от температуры четырехча:сового нагрева и определяют темпе. ратуру, при которой обеспечиваетсясохранение твердости образцов неменее 58 НВС.Результаты испытаний сведены втаблицу. 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 термоцикли. ческой обработки литой быстрорежущей стали по предлагаемым режимам приводит к дроблению эвтектической карбидной сетки на отдельные карбидные частицы, их сфероидиэации и частичной коагуляции, чем и объяс" няется 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 составляет НВС 35 - 40, что позволяет обрабатывать заготовки резанием.