SU1765211A1 - Способ изготовлени режущего инструмента из быстрорежущей стали - Google Patents

Abstract

Изобретение относитс  к металлургии, в частности к технологии производства сверл и др. инструмента. Цель изобретени  - повышение износостойкости инструмента и снижение трудоемкости его изготовлени . Способ заключаетс  в следующем. Через заготовку инструмента пропускают импульсный ток, разогревающий ее до 830-850°С со скоростью (1-5) 104 °С/с, выдерживают 4-6 с и сно ва пропускают импульсный ток, разогревающий заготовку до 1230-1250°С со скоростью (1-5) -104 °С/с, выдерживают не более 3 с, охлаждают в масле, отпускают и провод т механическую обработку. Изготовление инструмента по предложенному способу позвол ет повысить стойкость инструмента в 1,5 раза при сокращении трудоемкости изготовлени  в 1,2-1,3 раза . 1 табл. fe

Description

Изобретение относитс  к способам изготовлени  режущего инструмента из быстрорежущей стали и может быть использовано в автомобильной, авиационной , станкостроительной и др. отрасл х машиностроительного комплекса.

Работоспособность режущего инструмента определ етс  его износостойкостью, твердостью, прочностью и теплостойкостью .

Известны способы химико-термической обработки с целью повышени  работоспособности режущего инструмента за счет поверхностного насыщени  режущих кромок инструмента соответствующим элементом (С, N, AC, Cr, Si и др.) путем его диффузии в атомарном состо нии из внешней среды при высокой температуре. (Ю.М.Лахтин Металловедение и термическа  обработка металлов . Издание 3-е, М., Металлурги , 1983, с.300).

Недостатками этих способов  вл ютс  их высокие трудоемкость, энергоемкость и загр знение окружающей среды, а также значительна  продолжительность производственного цикла.

Известен способ повышени  износостойкости и твердости режущего инструмента путем нанесени  на рабочие поверхности покрытий нитридов (карбидов) титана, молибдена и других тугоплавких соединений . (Ю.М.Лахтин Металловедение и термическа  обработка металлов, Издание 3-е, Металлурги , 1983, с. 360).

Недостатком этого способа  вл етс  мала  толщина покрыти  (несколько мкм), что вызывает необходимость его повторного нанесени  после переточки инструмента:

V|

О

ел ю

помимо этого т.к. данный способ осуществл етс  в вакууме его продолжительность и стойкость высокие.

Известен способ повышени  стойкости и прочности инструмента за счет предварительной подготовки структуры материала перед термообработкой путем импульсного электровоздействи  при плотности тока 2,0-5,0 кА/мм2 и длительностью импульса 0,01-0,02 с (см. А.С. СССР № 933745, Кл. С 21 D 9/22, 1980). Известный способ реализуетс  за счет диффузионного растворени  карбидов, что повышает легированность твердого раствора без увеличени  размера его зерна. Недостаток данного способа состоит в том, что стойкость режущего инструмента ограничена степенью растворени  карбидов в импульсном режиме обработки и возрастанием трудоемкости процесса за счет введени  дополнительной операции.

Известен также способ изготовлени  режущего инструмента из быстрорежущей стали согласно которому заготовку обрабатывают импульсом тока при температуре, соответствующей а-у превращению стали, что обеспечивает повышение износостойкости инструмента.

Согласно данного способа заготовку дл  инструмента из быстрорежущей стали подвергают нагреву электрическим током до температуры аллотропического а -у перехода конкретной марки стали, затем, в момент этого перехода производ т ее обработку импульсом электрического тока плотностью 2,0-5,0 кА и длительностью импульса 0,01-0,02 с, после чего заготовку подвергают закалке, отпуску и механической обработке по режиму, оптимальному дл  конкретной марки стали и вида инструмента (см. А.С.СССР № 1025739 кл. С. 21 D 9/22, 1983 г)- прототип.

Существенным недостатком прототипа  вл етс  нерегламентируемый электронагрев перед импульсным электровоздействием , который приводит к обезуглероживанию поверхности, а следовательно, к снижению ее твердости и износостойкости. Длительный электронагрев перед импульсным воздействием приводит к снижению механической прочности готовых изделий. Кроме того, введение дополнительных операций по предварительной обработке материала приводит к увеличению технологического маршрута изготовлени  инструмента, в результате чего существенно возрастает его трудоемкость.

Целью предлагаемого, изобретени   вл етс  повышение износостойкости режущего инструмента из быстрорежущей стали, например, Р6М5, при снижении трудоемкости процесса его изготовлени .

Указанна  цель достигаетс  благодар 

тому, что в способе изготовлени  режущего инструмента из быстрорежущей стали, включающем термическую и механическую обработку с использованием ступенчатого электронагрева, осуществл ют импульс0 ный 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 температуры

5 1230-1250°С, с выдержкой при этой температуре в течение 2-3 с и охлаждении в масле .

Отличительные признаки за вл емого технического решени  позвол ют получить

0 при осуществлении изобретени  положительный эффект, заключающийс  в повышении износостойкости инструмента из быстрорежущей стали Р6М5 при одновременном сокращении трудоемкости процес5 са.

Электронагрев со скоростью (1-5) х 104 °С/с до температуры 830-850°С и изотермическа  выдержка при этой температуре в течение 4-6 с позвол ют создать равновес0 ную, м гкую аустенитную структуру с сферо- дизированными карбидами.

Повышение температуры предварительного нагрева и температуры закалки по сравнению со стандартами обусловлено

5 высокой скоростью нагрева, в результате чего точка начала и конца аллотропического превращени  смещаютс  в область более высоких температур.

Высока  скорость нагрева способствует

0 аномальному процессу тепловыделени , концентрации энергии в местах с выраженным отличием тепло-и электропроводности, т.е. на крупных карбидах. Аномальное тепловыделение на карбидах приводит к значи5 тельным градиентам температур, которые, в свою очередь, способствуют аномальной термодиффузии, т.е. растворению карбидов в матрице. Благодар  этому снижаетс  карбидна  неоднородность, повышаетс  ле0 гирование твердого раствора сферодизированными мелкими карбидами . Дл  стабилизации процессов создани  равновесной м гкой аустенитной структуры достаточно сделать выдержку на

5 данной ступени в течение 4-6 с.

Изотермическа  выдержка при этой температуре способствует выравниванию температуры по объему заготовки и образованию однородной структуры. Минималь- ное врем  выдержки 4 с выбрано из учета

выравнивани  температуры при скорости 5x10 °С/с, а временна  выдержка 6 с - дл  скоростей пор дка 104°С/с.

По истечении указанного времени осуществл ют 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. Изотермическа  выдержка при температуре нагрева под закалку в течение 2-3 с необходима дл  более полного растворени  карбидов, обеспечивающего насыщение аустенита, увеличение содержани  легирующих компонентов в твердом растворе . Высока  износостойкость и высокие режущие свойства создаютс  растворением, главным образом, вторичных карбидов, а первичные карбиды преп тствуют росту аустенитного зерна.

Повышение температуры нагрева при закалке требует резкого сокращени  времени выдержки при этой температуре, т.к. может произойти увеличение зерна, что снижает механические свойства стали, вследствие чего врем  выдержки при электронагреве под закалку не должно превышать 2-3 с.

Кроме того, работа разрушени  при изгибе образцов, характеризующа  ударную в зкость материала, значительно уменьшаетс  с увеличением времени выдержки. Выдержка менее 2 с недостаточна дл  завершени  процесса растворени  карбидов и насыщени  аустенита.

Выдержка свыше 3 с может привести также к местному расплавлению что вызывает охрупчивание стали. Охлаждение режущего инструмента после выдержки при нагреве под закалку осуществл етс  в масле по типовой технологии.

Диапазон скоростей нагрева определен экспериментально. При скорост х электронагрева ниже 104 °С/с снижаетс  локальна  концентраци  физического пол  на карбидах и как следствие этого снижаетс  легиро- вание матрицы. При скорост х превышающих 5х104 °С/с имеет место значительный локальный перегрев и как следствие этого местные пережоги, которые привод т к резкому снижению прочности и износостойкости инструмента.

Способ осуществл етс  следующим образом . Электронагрев заготовок инструмента производитс  на технологической установке, состо щей из захватов дл  фиксации заготовки, системы питани  -сварочного трансформатора мощностью 100 кВт, система формировани  и синхронизации электрических импульсов, собранной на базе ПКТ-1500 и системы контрол  параметров обработки. Скорость нарастани  температуры оценивали оптическим пирометром. Заготовку помещали в захваты электроконтактной установки, включали систему питани  и формировани  импульса тока. При достижении температуры нагрева заготовки , соответствующей первой стадии нагрева , сигнал от пирометра поступал на прерыватель, отключал запрограммирован0 ную скорость нагрева и через контакторы ПКТ-1500 включал временную задержку (4- 6)с, в течение которой трансформатор работал врежиме, обеспечивающем компенсацию температурных потерь за счет

5 охлаждени  в воздушной среде.

После завершени  изотермической выдержки включалс  цикл, обеспечивающий вторую ступень электронагрева, по окончании которой сигнал подавалс  на захваты и

0 заготовка, через определенный промежуток времени, попадала в ванну с маслом дл  охлаждени .

Дл  оценки эффективности предлагаемого способа по сравнению с прототипом

5 обеими способами обрабатывали цилиндрические заготовки сверл диаметром 2,65 мм из быстрорежущей стали Р6М5 одной плавки. Длина обрабатываемой части заготовки 30 мм. По каждому способу обработа0 но по 200 заготовок, из которых затем изготовлены сверла по одной и той же технологии . В этих же услови х изготовлено 200 сверл по базовой технологии.

Охлаждение после закалки во всех слу5 ча х проводили в масле, после чего осуществл ли двукратный отпуск при 560°С. Продолжительность каждого отпуска 60 мин.

Испытани  на стойкость производили

0 по стандартной методике - путем сверлени  листового сплава 36НХТЮ толщиной 7,0 мм. Испытани  проводили при числе оборотов 1400 , скорости сверлени  9,01 м/мин и подаче сверла 0,02 мм/об, глубина свер5 лени  составл ла 6,15 мм. Охлаждение сверла в процессе работы осуществл ли олеиновой кислотой (параметры обработки выбраны из прототипа).

Результаты испытаний представлены в

0 таблице. Стойкость инструмента определ лась количеством обработанных деталей одним сверлом до переточки.

Результаты испытаний показывают повышение стойкости сверл, изготовленных

Claims (1)

1. 5 по предлагаемому способу, в 1,5 раза по сравнению с прототипом и в 2,5-3 раза по сравнению с базовой технологией. Кроме того, за счет совмещени  отжига и закалки при электроипульсной обработке трудоемкость изготовлени  одного сверла сокращаетс  в 1,2-1,3 раза, ликвидируютс  энергоемкие печи, экологически загр зн ющие атмосферу, повышаетс  культура производства и качество выпускаемой продукции. Формула изобретени  Способ изготовлени  режущего инструмента из быстрорежущей стали, включающий нагрев инструмента, электроимпульсную обработку , закалку, отпуск и механическую обработку , от л и ч а ю щ и и с   тем, что, с целью повышени  износостойкости инструмента и

   0

   снижени  трудоемкости его изготовлени , электроимпульсную обработку совмещают с нагревом и провод т в две стадии: на первой - до 830-850°С с последующей изотермической выдержкой 4-6 с, на второй - до 1230-1250°С с последующей дополнительной выдержкой не более 3 с, закалку провод т непосредственно после выдержки путем охлаждени  в масле, а нагрев на обеих стади х ведут со скоростью (1-5)-104 °С/с.