Способ изготовления режущего инструмента из быстрорежущей стали

СОЮЗ СОВЕТСКИХСОЦИАЛИСТИЧЕСКИРЕСПУБЛИК 65211 А 1 19) (1 С 2109/ ТЕНИ ЗОБ ИСАН А 1 табл. ФиаЪФеей рмической работоспоза счет пощих кромок элементом диффузии в ней среды Лахтин Меаботка меГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТПРИ ГКНТ СССР СКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВ(71) Завод-ВТУЗ при Московском автомобильном заводе им, И,А.Лихачева(56) Авторское свидетельство СССР(54) СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ РЕЖУЩЕГОИНСТРУМЕНТА ИЗ БЫСТРОРЕЖУЩЕЙСТАЛИ(57) Изобретение относится к металлургии,в частности к технологии производства Изобретение относится к способам изготовления режущего инструмента из быстро режущей стали и может быть использовано в автомобильной, авиационной, станкостроительной и др. отраслях машиностроительного комплекса.Работоспособность режущего инструмента определяется его износостойкостью, твердостью, прочностью и теплостойкостью. Известны способы химико-т обработки с целью повышения собности режущего инструмент верхностного насыщения режу инструмента соответствующим (С, й, АС, Сг, В и др.) путем его атомарном состоянии из внеш при высокой температуре. (Ю.М талловедение и термическая об 2сверл и др. инструмента. Цель изобретения - повышение износостойкости инструмента и снижение трудоемкости его изготовления. Способ заключается в следующем. Через заготовку инструмента пропускают импульсный ток, разогревающий ее до 830-850 С . со скоростью (1-5) 10 С/с, выдерживают 4-6 с и снбва пропускают импульсный ток, разогревающий заготовку до 1230-1250 С со скоростью (1-5)10 С/с, выдерживают не более 3 с, охлаждают в масле, отпускают и проводят механическую обработку. Изготовление инструмента по предложенному способу позволяет повысить стойкость инструмента в 1,5 раза при сокращении трудоемкости изготовления в 1,2-1,3 раталлов. Издание З-е, М., Металлургия, 1983, с,300),Недостатками этих способов являются их высокие трудоемкость, энергоемкость и загрязнение окружающей среды, а также значительная продолжительность производственного цикла,Известен способ повышения износостойкости и твердости режущего инструмента путем нанесения на рабочие поверхности покрытий нитридов (карбидов) титана, молибдена и других тугоплавких соединений. (Ю.М,Лахтин Металловедение и термическая обработка металлов, Издание З-е, Металлургия, 1983, с, 360).Недостатком этого способа является малая толщина покрытия (несколько мкм), что вызывает необходимость его повторного нанесения после переточки инструмента:помимо этого т.к, данный способ осуществляется в вакууме его продолжительность и стойкость высокие.Известен способ повышения стойкости и прочности инструмента за счет предвари тельной подготовки структуры материала перед термообработкой путем импульсного электровоздействия при плотности тока 2,0 - 5,0 кА/мм и длительностью импульсаг0,01 - 0,02 с(см, А,С. СССР ЬЬ 933745, Кл, С 10 21. О 9/22, 1980). Известный способ реализуется за счет диффузионного растворения карбидов, что повышает легированность твердого раствора без увеличения размера его зерна. Недостаток данного способа со стоит в том, что стойкость режущего инструмента ограничена степенью растворения карбидов в импульсном режиме обработки и возрастанием трудоемкости процесса за счет введения дополнительной операции. 20Известен также способ изготовления режущего инструмента из быстрорежущей стали согласно которому заготовку обрабатывают импульсом тока при температуре, соответствующей а-у превращению стали, 25 что обеспечивает повышение износостойкости инструмента.Согласно данного способа заготовку для инструмента из быстрорежущей стали подвергают нагреву электрическим током 30 до температуры аллотропического а-у перехода конкретной марки стали, затем, в момент этого перехода производят ее обработку импульсом электрического тока плотностью 2,0 - 5,0 кА и длительностью им пульса 0,01-0,02 с, после чего заготовку подвергают закалке, отпуску и механической обработке по режиму, оптимальному для конкретной марки стали и вида инструмента (см. А.С,СССР IФ 1025739 кл. С. 21 О 40 9/22, 1983 г) - прототип. Существенным недостатком прототипа является нерегламентируемый электронагрев перед импульсным электровоздействи ем, который приводит к обезуглероживанию поверхности, а следовательно, к снижению ее твердости и износостойкости. Длительный электронагрев перед импульсным воздействием приводит к снижению механической 50 прочности готовых изделий. Кроме того, введение дополнительных операций по предварительной обработке материала приводит к увеличению технологического маршрута изготовления инструмента, в ре зультате чего существенно возрастает его трудоемкость.Целью предлагаемого, изобретения является повышение износостойкости режущего инструмента из быстрорежущей стали,например, Р 6 М 5, при снижении трудоемкости процесса его изготовления.Указанная цель достигается благодарятому, что в способе изготовления режущегоинструмента из быстрорежущей стали,включающем термическую и механическуюобработку с использованием ступенчатогоэлектронагрева, осуществля ют импульсный электронагрев заготовки до температуры 830-850 С со скоростью (1-5) х 10 С/с,изотермическую выдержку при этой температуре в течение 4-6 с и последующий нагрев с той же скоростью до температуры1230-1250 С, с выдержкой при этой температуре в течение 2 - 3 с и охлаждении в масле.Отличительные признаки заявляемоготехнического решения позволяют получитьпри осуществлении изобретения положительный эффект, заключающийся в повышении износостойкости инструмента избыстрорежущей стали Р 6 М 5 при одновременном сокращении трудоемкости процесса.Электронагрев со скоростью (1-5) х 10С/с до температуры 830-850 С и изотермическая выдержка при этой температуре втечение 4-6 с позволяют создать равновесную, мягкую аустенитную структуру с сферодизированными карбидами,Повышение температуры предварительного нагрева и температуры закалки посравнению со стандартами обусловленовысокой скоростью нагрева, в результатечего точка начала и конца аллотропическогопревращения смещаются в область болеевысоких температур.Высокая скорость нагрева способствуетаномальному процессу тепловыделения,концентрации энергии в местах с выраженным отличием тепло- и электропроводности,т.е, на крупных карбидах. Аномальное тепловыделение на карбидах приводит к значительным градиентам температур, которые, всвою очередь, способствуют аномальнойтермодиффузии, т.е. растворению карбидовв матрице. Благодаря этому снижается карбидная неоднородность, повышается легирование твердого растворасферодизированными мелкими карбидами. Для стабилизации процессов создания равновесной мягкой аустенитнойструктуры достаточно сделать выдержку наданной ступени в течение 4 - 6 с.Изотермическая выдержка при этойтемпературе способствует выравниваниютемпературы по объему заготовки и образованию однородной структуры. Минимальное время выдержки 4 с выбрано из учетавыравнивания температуры при скорости 5 х 10 С/с, а временная выдержка 6 с - для4 оскоростей порядка 10 С/с.По истечении укаэанного времени осуществляют вторую стадию электронагрева нагрев под закалку) с той же скоростью до температуры 1230 - 1250 С и изотермическую выдержку при данной температуре в течение 2 - 3 с. Изотермическая выдержка при температуре нагрева под закалку в течение 2-3 с необходима для более полного растворения карбидов, обеспечивающего насыщение аустенита, увеличение содержаний легирующих компонентов в твердом растворе. Высокая износостойкость и высокие режущие свойства создаются растворением, главным образом, вторичных карбидов, а первичные карбиды препятствуют росту аустенитного зерна.Повышение температуры нагрева при закалке требует резкого сокращения времени выдержки при этой температуре, т.к. может произойти увеличение зерна, что снижает механические свойства стали, вследствие чего время выдержки при электронагреве под закалку не должно превышать 2-3 с.Кроме того, работа разрушения при изгибе образцов, характеризующая ударную вязкость материала, значительно уменьшается с увеличением времени выдержки. Выдержка менее 2 с недостаточна для завершения процесса растворения карбидов и насыщения аустенита.Выдержка свыше 3 с может привести также к местному расплавлению что вызывает охрупчивание стали. Охлаждение режущего инструмента после выдержки при нагреве под закалку осуществляется в масле по типовой технологии.Диапазон скоростей нагрева определен экспериментально. При скоростях электро- нагрева ниже 10 С/с снижается локальная концентрация физического поля на карбидах и как следствие этого снижается легирование матрицы. При скоростях превышающих 5 х 10 С/с имеет место значительный локальный перегрев и как следствие этого местные пережоги, которые приводят к резкому снижению прочности и износостой кости инструмента.Способ осуществляется следующим образом. Электронагрев заготовок инструмента производится на технологической установке, состоящей из захватов для фиксации заготовки, системы питания - сварочного трансформатора мощностью 100 кВт, система формирования и синхронизации электрических импульсов, собранной на базе ПКТи системы контроля параметров обработки. Скорость нарастания температуры оценивали оптическим пирометром, Заготовку помещали в захваты электроконтактной установки, включали систему пита ния и формирования импульса тока. Придостижении температуры нагрева заготовки, соответствующей первой стадии нагрева, сигнал от пирометра поступал на прерыватель, отключалзапрограммирован ную скорость нагрева и через контакторыП КТвключал временную задержку (4- 6)с, в течение которой трансформатор рабо тал "в " режиме, обеспечивающемкомпенсацию температурных потерьза счет 15 охлаждения в воздушной среде.После завершения изотермической выдержки включался цикл, обеспечивающий вторую ступень электронагрева, по оконча-нии которой сигнал подавался на захваты и 20 заготовка, через определенный промежутоквремени, попадала в ванну с маслом для охлаждения.Для оценки эффективности предлагаемого способа по сравнению с прототипом 25 обеими способами обрабатывали цилиндрические заготовки сверл диаметром 2,65 мм из быстрорежущей стали Р 6 М 5 одной плавки. Длина обрабатываемой части заготовки 30 мм, По каждому способу обработа но по 200 заготовок, из которых затемизготовлены сверла по одной и той же технологии. В этих же условиях изготовлено 200 сверл по базовой технологии.Охлаждение после закалки во всех слу чаях проводили в масле, после чего осуществляли двукратный отпуск при 560 С.Продолжительность каждого отпуска 60 мин.Испытания на стойкость производили 40 по стандартной методике - путем сверлениялистового сплава 36 НХТЮ толщиной 7,0 мм.Испытания проводили при числе оборотов 1400 мин , скорости сверления 9,01 м/мин и подаче сверла 0,02 мм/об, глубина свер ления составляла 6,15 мм. Охлаждениесверла в процессе работы осуществляли олеиновой кислотой (параметры обработки выбраны из прототипа).Результаты испытаний представлены в 50 таблице. Стойкость инструмента определялась количеством обработанных деталей одним сверлом до переточки.Результаты испытаний показывают повышение стойкости сверл, изготовленных 55 по предлагаемому способу, в 1,5 раза посравнению с прототипом и в 2,5-3 раза по сравнению с базовой технологией, Кроме того, за счет совмещения отжига и закалки при электроипульсной обработке трудоемкость изготовления одного сверла сокра1765211 Составитель Б.ЖуркинТехред М.Моргентал дактор орректор Т,Палий Заказ 3355 ВНИИПИ Г Тираж Подписноественного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР 113035, Москва, Ж, Раушская наб., 4/5 Производственно-издательский комбинат "Патент", г, Ужгород, ул.Гагарина, 1 щается в 1,2-1,3 раза, ликвидируются энергоемкие печи, экологически загрязняющие атмосферу, повышается культура производства и качество выпускаемой продукции,Формула изобретения Способ изготовления режущего инструмента из быстрорежущей стали, включающий нагрев инструмента, электроимпульсную обработку, закалку, отпуск и механическую обработку,отлича ющийсятем,что,сцелью повышения износостойкости инструмента и снижения трудоемкости его изготовления, электроимпульсную обработку совмещают с нагревом и проводят в две стадии: на первой - до 830-850 С с последующей изотер мической выдержкой 4-6 с, на второй - до1230-1250 С с последующей дополнительной выдержкой не более 3 с, закалку проводят непосредственно после выдержки путем охлаждения в масле, а нагрев на обе их стадиях ведут со скоростью (1-5) 10С/с,