Способ термической обработки инструмента из быстрорежущей стали

)5 С 21 О 9/22 САНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ АТЕКТ ГОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНОВЕДОМСТВО СССР(71) Московский станкостроительный инст тут(56) Авторское свидетельство СССРМ 870454, кл, С 21 О 1/78, 1978.Авторское свидетельство СССРМ 1121304, кл. С 21 О 9/22, 1983.Авторское свидетельство СССРМ 1204646, кл. С 21 С 38/24, 1984,Изобретение относится к термической обработке и может быть использовано для щтампового инструмента, работающего в условиях высоких нагрузок, в том числе ударных, например при чеканке, высадке, Кроме того, изобретение может быть использовано и для режущего инструмента, работающего с невысокими скоростями резания и выходящего из строя вследствие поломок, например мелкоразмерного. Стойкость инструмента в этом случае определяется (при определенном и достаточном уровне твердости) прочностью и ударной вязкостьюстали. При этом ударная вязкость для целого ряда инструмента определяет его надежность, т.е. при высокой ударной вязкости снижается вероятность случайного разрушения инструмента,Известен способ термической обработки легированной инструментальной стали (типа 4 ХЗВМФ), предназначенной для изготовления горячештампового инструмента.(54) СПОСОБ ТЕРМИЧЕСКОЙ ОБРАБОТКИ ИНСТРУМЕНТА ИЗ БЫСТРОРЕЖУЩЕЙ СТАЛИ(57) Изобретение относится к термической обработке и может быть использовано для штампового инструмента, работающего в условиях высоких нагрузок, в том числе ударных. Сущность изобретения; сталь 11 М 5 Ф нагревают в область растворения карбида М 6 С, т.е, до 1020 - 10600, при этом нижняя граница соответствует температуре окончания растворения карбида М 2 эСб, а верхняя - температуре начала растворения карбида М 2 С, 2 табл 1 ил. Способ включает в себя многократную закалкуу от высоких температур (1 250 - 1280 С), изотермическую выдержку при температуре на 30-50 С ниже Ас 1, и затем закалку от температур 1030 - 1070 С. Цель способа - достижение высокой теплостойкости эа счет перевода в твердый раствор всех легирующих элементов стали, т,е. полного растворения всех имеющихся в стали карбидов, в частности, карбидов типа М 6 С. Такая термическая обработка, использованная для инструментальной стали с фазовым составом, отличным от состава быстрорежущих сталей, принципиально не может быть применена к инструменту из быстрорежущей стали. Во-первых, многократная закалка вызывает появление нафталинистого излома - неисправного брака, связанного с резким снижением прочностных свойств. Во-вторых, для быстрорежущих сталей недопустим также и принцип, положенный в основу способа - растворение всех карбидов при закалке, т,к. это приводит к росту зерна, снижению прочности и ударной вязкости. Т,е. для быстрорежущей стали невозможно применение способа термической обработки, предназначенного для штамповой стали, т.е, стали другого класса,Известен также способ термической обработки штампового инструмента из быстрорежущих сталей Р 6 М 5, Р 18, когда закалку осуществляют от температур, превосходящих температуры растворения карбида МгзСв, но лежащих ниже температуры растворенйя карбида МбС, температура закалки для этих сталей составляет соответственно 1160 в 11 С и 1180 в 11 С. Такая термическая обработка обеспечивает значительное повышение стойкости штампового инструмента из названных сталей, содержащих значительное количество вольфрама, Однако для низколегированных быстрорежущих сталей безвольфрамовых или низковольфрамовых (содержание вольфрама не более 2 ) такая термическая обработка ни по принципу ее выполнения, ни по конкретным режимам закалки неприемлема, т,к. она не позволяет получить высоких значений прочности и ударной вязкости.Наиболее близким к предлагаемому является способ термической обработки низколегированных быстрорежущих сталей, с нагревом при закалке до температур 1120- 1210 С, т.е, температуры, вызывающей полное растворение карбидов МгзСв и МеС и значительное растворение карбидов М 2 С. В этом случае достигаются высокие значения твердости и красностойкости, однако значения предела прочности и ударной вязкости недостаточны для штампового инструмента, что приводит к его преждевременному выходу из строя вследствие поломок из-эа хрупкого разрушения, Таким образом, известные способы требуют; либо. полного растворения карбидов М 23 С 6 и М 6 С, при этом в структуре не остается карбидов, сдерживающих рост зерна; либо растворения только карбида М 2 эСб, карбиды МэС при этом не должны растворяться, они сдерживают рост зерна, что обеспечивает высокие значения прочности и ударной вязкости; либо для низколегированных быстрорежущих сталей - полное растворение карбидов М 2 зСв и МвС, а также растворение значительного количества карбида М 2 С, однако эти способы не позволяют получить необходимого комплекса свойств у ниэколегированной быстро- режущей стали при ее использовании для изготовления штампового инструмента,Цель изобретения - повышение стойкости штампового и мелкоразмерного режущего инструмента путем увеличения прочности и ударной вязкости при сохранении необходимого уровня твердости.Для достижения поставленной цели согласно предлагаемому способу термической 5 обработки инструмента иэ быстрорежущейстали, включающему закалку и многократный отпуск, нагрев под закалку осуществляют из температурного интервала, соответствующего растворению карбида 10 М 6 С, причем нижняя граница интервала соответствует температуре окончания растворения карбида МгзС 6, а верхняя температуре начала растворения карбида МгС. Закалку сталей типа 11 М 5 Ф осуществ ляют от 1020-1060 С. Выбор режимов закалки .определяется составом карбидных фаз низколегированных безвольфрамовых или низковольфрамовых (до 2 ф ) сталей. В сталях этого типа присутствуют карбиды 20 следующих типов: на основе хрома - М 2 зСб,на основе молибдена - МвС, на основе молибдена и ванадия - МгС и на основе ванадия - МС (М - атомы металла, С - углерода), Экспериментально установлено, что окон.- 25 чательное растворение карбида МэзСвпроисходит при нагреве до 1000-1020 С.растворение карбида МбС этих сталей происходит при нагреве до температур 1010-1070 С, растворение карбида М 2 С на- ЗО чинается при температурах около 10601080 С, а карбида МС при значительно более высоких температурах нагрева, Закалка от температур выше растворения карбида МгзСв, но ниже температуры расЗ 5 творения карбида М 2 С позволяет получитьпри максимально достижимых значениях прочности весьма высокие значения ударной вязкости при достаточном уровне твердости. При этом уровень свойств (сочетание 40 твердости, прочности и ударной вязкости -рис.1) зависит от конкретной температуры .закалки в пределах указанного интервала, т.е. определяется степенью растворения карбида МэС. Нагрев до названных темпе ратур сохраняет весьма. мелкое зерно - око-.ло 13 балл - вследствие сдерживающей роли карбидов типа МгС, которые не растворяются при нагреве. Разрушение стали в этом случае происходит с заметной предва рительной пластической деформацией, в отличие от хрупкого разрушения. Закалка от более низкой температуры не позволяет получить необходимых значений твердости, а также максимального значения прочности 55 иэ-за недостаточной легированности твердого раствора закаленной стали и, как следствие, недостаточной интенсивности процессов дисперсионного твердения при отпуске. Инструмент при этом выходит иэстроя как из-эа поломок, так и из-эа смятия1797626 Таблица 1 рабочих кромок. Т.е. закалка от температур ниже 1020(на растворение карбида МгэС 6), в соответствии с 2 не позволяет получИть максимальных значений прочности, твердость при этом недостаточна. Повышение температуры закалки сверх указанной верхней границы, т.е. выше температуры начала растворения карбида М 2 С, приводит к росту зерна, снижению прочности и весьма резкому снижению ударной вязкости (разрушение при этом хрупкое), что влечет понижение стойкости из-за поломок инструмента и сколов его рабочей части. Об изменении характера разрушения свидетельствует изменение величины деформации (стрелы прогиба) перед разрушением (см. чертеж),Ф о рмул а изобретен ия 1, Способ термической обработки инструмента из быстрорежущей стали, преимущественно низколегированной беэвольфрамовой или низковольфрамовой, включающий закалку и многократный отпуск, отличающийся тем,что,сцелью повышения стойкости инструмента путем увеличения прочности и ударной вязкости П р и м е р. Исследования влияния температуры закалки на свойства стали типа 11 М 5 Ф представлены в табл,1 и на чертеже,5 Проведены эксплуатационные испытания пуансонов из стали 11 М 5 Ф, закалку которых выполняли иэ разных температурных интервалов (отпуск 560-570 С, 3 раза по 1 ч) при холодной высадке внутреннего ше стигранного углубления в заготовках винтовМ 10 ГОСТ 11728-72 из стали 35 твердостью 89 - 92 НРВ на многопозиционном автомате мод А 1921. Стойкость пуансонов приведена в табл.2, Максимальная стойкость достигну та при закалке пуансонов иэ рекомендуемого интервала температур (отмеченного на чертеже). при сохранении твердости, нагрев под закалку осуществляют в область растворения карбида МвС, причем нижняя граница интервала соответствует температуре окончания растворения карбида МгэС, а верхняя - температуре начала растворения карбида М 2 С.2. Способпоп 1,отл ича ю щи йся тем, что нагрев под закалку стали 11 Н 5 Ф ведут до 1020 - 1060 С,1797626 Таблица 2 1 45 г оставительехред М.Моргент мако агова Редакт ект Заказ 665 ВНИИПИ Госуд иям при ГКНТ СССР 1 роизводственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул.Гага фф О,ф 0,40 ч 028 ь 021 ф сь 0 7 Температура Закалки, фСТираж Подписнтвенного комитета по изобретениям и откр 113035, Москва, Ж, Раущская наб 4/5