Способ обработки быстрорежущей стали

 

Изобретение относится к термомеханической обработке стали и может быть использовано для получения из быстрорежущих сталей заготовок сложной формы, близких по размерам к готовым деталям Изобретение позволяет повысить коэффициент использования металла до 0,8 0.9, увеличить износостойкость инстурмента в 1,5 2 раза и снизить энергоемкость обработки Заготовку из быстрорежущей стали нагревают до температуры на 5.40° С ниже критической точки А и при температуре в изотермических условиях метастабильного фазового перехода со скоростью -4 -1 -1 10 .10 с осуществляют деформацию 3 ил, 2 табл.

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕН

К ПАТЕНТУ

Комитет Российской Федерации по патентам и товарным знакам

1 (21) 4924918/02 (22) 09.0191 (46)-1511.93 Ьоп. Ма 41-42

P1) Государственное предприятие "Тульский оружейный завод"; Тульский политехнический институт (72) Гвоздев АЕ; Гончаренко ИА. Щипулин Н.В„.

Павлов ЕК (73) Гвоздев Александр Евгеньевич (54) СПОСОБ ОБРАБОТКИ БЫСТРОРЕЖУЩЕЙ

СТАЛИ (57) Изобретение относится к термомеханической обработке стаи и может быть использовано для получения из быстрорежущих сталей заготовок (в) КЦ (и) 2002822 Cl (5Ц5 С21Р9 22 сложной формы, близких ло размерам к готовым деталям. Изобретение позволяет повысить коэффициент использования металла до 0,8 0,9, увеличить износостойкость инстурмента в 1,5 2 раза и снизить энергоемкость обработки. Заготовку иэ быстрорежущей стали нагревают до температуры на 5 40 С ниже критической точки А и при э(ой с

1 температуре в иэотермических условиях метастабильного фазового перехода со скоростью

10 10 .с осуществляют деформацию. 3 ил, 2 табл.

2002822

Изобретение относится к термомеханической обработке металлов, в частности к обработке металлов давлением, и может быть использовано в инструментальной промышленности для получения заготовок инструмента из быстрорежущих сталей.

Известен способ высокотемпературной термомеханической обработки высоколегированных сталей, например быстрорежущих, включающий нагрев, аустенизацию, деформацию при температуре стабильного аустенита и охлаждение, в котором деформацию сталей проводят инструментом, нагретым до температуры деформации (1).

Недостатками данного способа являются большая энергоемкость процесса эа счет высокой температуры эустенлзации и деформации и последующей смягчающей термической обработки заготовок, невысокий коэффициент использования металле за 20 счет больших припусков под окисление и обезуглероживэние, низкая стойкость деформирующего инструмента при его работе в условиях высоких давлений и высокотемпературных напряжений, пониженная экс- 25 плуатационная стойкость заготовок за счет коагуляции карбидов и роста аустенитного зерна.

Наиболее близким к изобретению по технической сущности является способ об- 80 работки быстрорежущей стали, преимущественно для режущего инструмента, включающий отжиг, нагрев до температуры деформации и пластическую деформацию, при этом отжиг осуществляют путем термо- 35 циклирования через точку Ас1, а деформацию осуществляют в изотермическом режиме при температуре 880-920 С со степенью 40-507О и скоростью 10 -10 с . (2j

Недостатками этого способа являются 40 высокая энергоемкость процесса, наличие последующего смягчающего отжига заготовок, невысокая стойкость деформирующего инструмента, окисление и потери металла на повышенные допуски, снижающие коэф- 45 фициент использования металла.

Целью изобретения является повышеwe коэффициента использования. металла, увеличение иэносостойкости инструмента и 50 снижение энергоемкости обработки.

Достигается это тем, что в известном способе обработки быстрорежущей стали, включающем нагрев до температуры деформации и пластическую деформацию в изо- 55 термическом режиме со скоростью 10 -10 с, деформацию осуществляют при температуре на 5 — 40 С ниже точки А,1 в процессе метастабильного фазового перехода.

Возможность осуществления предлагаемого способа связана с высокоактивным предпереходным состоянием. Известно, что твердый раствор, подвергнутый пластическому деформированию (наклепу), обладает повышенной свободной энергией, Так как движущей силой фазового перехода является избыток свободной энергии, то наклеп приводит к снижению критической точки фазового перехода Ас1. В гетерогенных структурах (феррито-карбидные смеси), типичных для быстрорежущей стали Р6М5, при приложении нагрузки. протекает неоднородная пластическая деформация, Акты микропластичности протекают в первую очередь в местах концентрации напряжений при их среднем значении гораздо меньшем предела текучести. В этих местах (около карбидных выделений, которые являются концентраторами напряжений) происходит снижение температуры фазового перехода феррит-аустенит, и как следствие образование областей, обладающих свойствами повышенной деформационной способности. Указанный процесс имеет ротационный, т.е. многократно повторяющийся характер. Образование эустенитного зерна в эктивированных объемах сопровождается рекрис- таллизацией аустенитной фазы. Свободная энергия такого аустенита при температуре метастабильного превращения выше свободной энергии наклепанного феррита. Поэтому такое состояние материала вызывает обратное превращение аустенит-феррит. Далее процесс повторяется вновь, чем и объясняется высокая пластичность материала в определенных температурно-скоростных условиях.

Предлагаемый способ поясняется графическими зависимостями критериев деформируемасти быстрорежущей стали

Р6М5 от температуры.

На фиг. 1 показано изменение пластичности стали P6MS в температурно-скоростном поле процесса деформирования (растяжения). Кривые на графике — это линии равных значений относительного сужения поперечного сечения ф; ), Из графика следует. что наибольшая пластичность достигается приданной схеме нагружения под критической точкой А,1, а именно при температуре 823 С, тогда кэк по данным проведенных дилатометрических и дифференциальнометрических исследований критическая точка А 1, соответствующая началу диффузионного фазового перехода ферритаустенит, составляет 835 С. За критерий пластичности принята степень деформации, при которой на образце появляется первая

2002822

10

20

30

55 трещина. Образование трещин начиналось со степеней деформации выше 95 .

На фиг. 2 показаны зависимости сопротивления деформации от температуры и скорости деформации при растяжении. Кривая 1 — при скорости деформации 0,2 х 0,1 с, кривая 2 — при скорости деформации 7 х

-1

10 с, кривая 3 — при 2 х 10 с, кривая 4— при7х10 c,кривая5 — при2х10 с .

На фиг. 3 показаны зависимости сопротивления деформации от температуры и скорости деформации при осадке соответственно при тех же скоростях.

Из представленных графиков следует, что в интервале температур Ac1 — 15 — 40l С реализуется минимум прочности и максимум пластичности быстрорежущей стали.

Ниже температуры А -40 С проводить процесс нецелесообразно, так как повышается сопротивление деформацию, падает пластичность стали, происходит упрочнение, приводящее к нарушению сплошности материала и появлению трещин.

Пример 1. Производят изготовление дисковых резцов из стали Р6М5 ГОСТ

19265-73 с исходной твердостью НВ 250.

Заготовки диаметром 16 мм и высотой 22 мм с нанесенным на них защитно-смазочным покрытием из стеклографитовой смеси после сушки нагревают в камерной электрической печи до температуры 830 С. Затем нагретую заготовку переносят в штамп с температурой 830 С и деформируют в изотермических условиях со скоростью 10 с в штамповом блоке, установленном на гидравлическом прессе П вЂ” 479 усилием 400 кН со степенью деформации 65%. После деформирования заготовка имеет твердость

НВ 245 ... 255, т.е. не выше исходной.

Последующей механической обработкой из таких заготовок получают дисковые резцы, Окончательно изготовленные резцы подвергают стойкостным испытанием, производя прорезку канавки.на винтах диаметром 10 мм из стали 18ЮА.

Результаты испытаний представлены в таблице, Пример 2, Изготавливают дисковые . резцы из стали, Р6М5 с исходной твердостью НВ 250. Заготовки диаметром 16 мм и высотой 22 мм с нанесенным на них защитно-смазочным покрытием из стеклографитовой смеси после сушки нагревают до температуры 795ОС, затем переносят в .штамп с температурой 795 С и деформируют в иэотермическихусловиях со скоростью

10 с и степеньюдеформации 65 . После деформирования заготовка имеет твердость НВ 250 ... 255. Дисковые резцы, изготовленные из этих заготовок, подвергают стойкостным испытаниям. производят прорезку канавки на винтах диаметром 10 мм иэ стали 18ЮА.

Результаты испытаний представлены в таблице, В таблице также представлены данные по обработке заготовок иэ стали Р6М5 по известному способу, по другим режимам описываемого способа и данные испытаний инструмента, изготовленного из этих заготовок, Как видно из данных таблицы, предлагаемый способ обеспечивает повышение износостойкости режущего инструмента.

Рентгеноструктурные и металлографические исследования показывают, что деформация способствует увеличению износостойкости инструмента за счет повышения дисперсности и р :вномерности распределения карбидной фазы, повышения равномерности распределения легирующих добавок, получения после закалки более мелкого зерна аустенита, Высокая деформационная способность быстрорежущей стали в предлагаемых режимах обработки позволяет за минимальное число операций получать точные заготовки сложной конфигурации, близкие по раз .арам к готовым деталям, а низкие температуры, при которых проходит процесс, позволяют снизить обезуглероживание и окисление поверхности заготовок, тем самым уменьшить припуск на последующую механическую обработку.

Предлагаемый способ позволяет снизить энергоемкость процесса обработки за счет низкого сопротивления пластической деформации, что позволяет осуществлять процесс деформирования при меньших усилиях и применять оборудование меньшей мощности; меньшей температуры процесса обработки и отсутствия упрочнения стали после обработки, что исключает операцию последующего отжига перед механической обработкой и уменьшает расход энергии и трудоемкость обработки.

Таким образом, предлагаемый способ обработки быстрорежущей стали обеспечивает по сравнению с известными способами следующие преимущества: повышение износостойкости режущего инструмента в 1,5 ... 2 раза, повышение коэффициента использования металла до 0,8 ... 0,9 и снижение энергоемкости процесса обработки. (56) Авторское свидетельство М 440431, кл. С 21 9/22, 1972.

Авторское свидетельство N 1502636, кл. С 21 9/22, 1987.

2002822

Температура дефорСкоСтеБалл

Интервал термо8нешний вид заГотовок

Способ обработки рость карбидпень дециклирования, OC формации, % дефорной неодномации, 0С мации, -1 заготоврод"

KL ности

18ЮА готовым инструментом, м

102

1 — 2

Трещин нет

То же

9000

920

650

Известный (прото850

850

1 — 2

Н тип

790

Процесс термоциклирования отсутствует

Предлагаемый

1 — 2

1 — 2

Трещины на боковой поверхности тем, что, с целью повышения коэффициен-. та использования металла, увеличения износостойкости и снижения энергоемкости

5 обработки, пластическую деформацию осуществляют при А, (15-40) С в процессе метастабильного фазового перехода.

Формула изобретения

СПОСОБ ОБРАБОТКИ БЫСТРОРЕЖУЩЕЙ СТАЛИ, включающий нагрев до температуры деформации и пластическую деформацию в изотермическом режиме со скоростью 10 - 10 с, отличающийся

825

103 1 0-3

104

10-3

101

101

102

0-4

10-3

101

Трещины на боковой поверхности

То же

Трещин нет

То же

Длина пути резания канавки на деталях из ст, 12720

1 f400

15390 .1 8100

17190

i3® iiRil

ИИ1М1

МИИИЩ1И йИ1 1 ФМ

ЙИИУИ

1ИИИИИ1

И@ИМИ

g ®ggaijg

6ИИЮИИ ,11юйИМЯ

4вьча (л

1Ийийй

1@@ИИИИ

li®536!1

ИЬЯ1

g51%e ФЙ ,1ИМЧФЙ .1ИИИИИИ

1ИИИ>ИИ

) I Ф:Ф