Инструмент из быстрорежущей стали р18


C21D1/09 - Изменение физической структуры черных металлов; устройства общего назначения для термообработки черных или цветных металлов или сплавов; придание ковкости металлам путем обезуглероживания, отпуска или других видов обработки (цементация диффузионными способами C23C; поверхностная обработка металлов, включающая по крайней мере один процесс, предусмотренный в классе C23, и по крайней мере другой процесс, охватываемый этим подклассом, C23F 17/00; однонаправленное отвердевание эвтектики или однонаправленное разделение эвтектик C30B)

Владельцы патента RU 2306205:

Научно-исследовательский институт механики Московского государственного университета им. М.В. Ломоносова (RU)

Изобретение относится к области машиностроения и может быть использовано для различного типа резцов, фрез, сверл, метчиков и т.д. Инструмент выполнен из быстрорежущей стали Р18, содержащей феррит α-Fe, легированный хромом и вольфрамом, и карбид быстрорежущей стали Fe3W3C. Средний размер блоков α-Fe составляет не более 42 нм, Fe3W3C - не более 32 нм, микродеформации кристаллической решетки α-Fe составляют не более 4,7·10-3, а микродеформации кристаллической решетки Fe3W3C - не более 6,5·10-4. Повышается прочность стали и уменьшается хрупкость компонентов стали. Увеличивается срок службы инструмента. 1 табл.

 

Изобретение относится к области машиностроения и может быть использовано для холодной и горячей механической обработки различных материалов, преимущественно металлов и их сплавов, и может быть выполнено в виде различного типа резцов, фрез, сверл, метчиков и т.д.

Известен инструмент, изготовленный из быстрорежущей вольфрамовой стали Р9 [1]. Недостатком инструмента, изготовленного из стали Р9, является ухудшение шлифуемости: возникновение при шлифовании прижогов и налипания обрабатываемого металла на инструмент.

Наиболее близким к заявляемому инструменту является инструмент, изготовленный из быстрорежущей вольфрамовой стали Р18 [2]. Недостатком инструмента из стали Р18 является большое содержание карбидов в стали, что приводит к меньшим значениям прочности и пластичности по сравнению со сталями с меньшим содержанием вольфрама.

Заявляемое изобретение направлено на увеличение прочности и уменьшение хрупкости компонентов быстрорежущей стали Р18 и тем самым на увеличение срока службы инструмента, изготовленного из нее.

Указанный результат достигается тем, что в инструменте, изготовленном из быстрорежущей стали Р18, содержащей феррит α-Fe, легированный хромом и вольфрамом, и карбид быстрорежущей стали Fe3W3C, средний размер блоков α-Fe составляет не более 42 нм, Fe3W3C - не более 32 нм, микродеформации α-Fe составляют не более 4.7·10-3, Fe3W3С - не более 6,5·104.

Отличительными признаками заявляемого изобретения являются:

- выбор в качестве интервала средних размеров блоков феррита α-Fe, легированного хромом и вольфрамом, полуоткрытого интервала, ограниченного сверху средним размером 42 нм;

- выбор в качестве верхнего предела интервала средних размеров блоков феррита α-Fe среднего размера, равного 42 нм;

- выбор в качестве интервала средних размеров блоков карбида быстрорежущей стали Fe3W3C полуоткрытого интервала, ограниченного сверху средним размером 32 нм;

- выбор в качестве верхнего предела интервала средних размеров блока карбида Fe3W3С среднего размера, равного 32 нм;

- выбор в качестве интервала величины микродеформаций кристаллической решетки α-Fe полуоткрытого интервала, ограниченного сверху 4,7·10-3;

- выбор в качестве верхнего предела интервала микродеформаций кристаллической решетки a-Fe величины микродеформаций, равной 4.7·10-3;

- выбор в качестве интервала величины микродеформаций кристаллической решетки карбида Fe3W3С полуоткрытого интервала, ограниченного сверху 6,5·10-4;

- выбор в качестве верхнего предела интервала микродеформаций кристаллической решетки Fe3W3С величины микродеформаций, равной 6,5·10-4.

Экспериментально установлено, что средний размер блоков феррита α-Fe, реализуемый в заявляемом изобретении и равный от 40 до 42 нм, почти вдвое меньше среднего размера блоков феррита в базовом инструменте, что означает увеличение поверхностной энергии границ блоков [3] почти в 2 раза. Поскольку предел текучести обратно пропорционален корню квадратному из среднего размера блоков [4], то прочность основного компонента - α-Fe быстрорежущей стали Р18 возрастает приблизительно на 40%.

Средние размеры блоков α-Fe, равные от 40 до 42 нм, являются минимально достижимыми под воздействием ионизирующей радиации в условиях наших опытов. Средние размеры блоков, большие 42 нм и реализуемые при других режимах ионизирующей радиации, приводят к меньшему увеличению прочности по сравнению с базовым инструментом. Поэтому применение их в заявляемом инструменте нецелесообразно. Вполне вероятно, что при других условиях облучения удастся реализовать меньшие значения среднего размера блоков α-Fe. Поэтому в изобретении нижний предел средних размеров блоков α-Fe не ограничен.

Экспериментально установлено, что средний размер блоков карбида быстрорежущей стали Fe3W3С, реализуемый в заявляемом изобретении и изменяющийся от 26 до 32 нм, вдвое меньше среднего размера блоков Fe3W3С, в базовом инструменте, что означает увеличение поверхностной энергии границ блоков [3] в 2 раза. Поскольку предел текучести обратно пропорционален корню квадратному из среднего размера блоков [4], то прочность этого компонента быстрорежущей стали Р18 возрастает на 40%. Средние размеры блоков Fe3W3C, равные от 26 до 32 нм, являются минимально достижимыми под воздействием ионизирующей радиации в условиях наших опытов. Средние размеры блоков, большие 32 нм и реализуемые при других режимах ионизирующей радиации, приводят к меньшему увеличению прочности по сравнению с базовым инструментом. Поэтому применение их в заявляемом инструменте нецелесообразно. Вполне вероятно, что при других условиях облучения удастся реализовать меньшие значения среднего размера блоков Fe3W3С. Поэтому в изобретении нижний предел средних размеров блоков Fe3W3C не ограничен.

Экспериментально установлено, что величина микродеформаций кристаллической решетки α-Fe, реализуемая в заявляемом изобретении и равная 4,6÷4,7·10-3, на 17% меньше величины микродеформаций в базовом инструменте, что означает уменьшение хрупкости основного компонента быстрорежущей стали Р18.

Величина микродеформаций кристаллической решетки α-Fe, равная (4,6-4,7)·10-3, является минимально достижимой под воздействием ионизирующей радиации в условиях наших опытов. Микродеформации, большие 4.7·10-3 и реализуемые при других режимах ионизирующей радиации, приводят к меньшему уменьшению хрупкости по сравнению с базовым инструментом. Поэтому применение их в заявляемом инструменте нецелесообразно. Вполне вероятно, что при других условиях облучения удастся реализовать меньшие значения микродеформаций α-Fe. Поэтому в изобретении нижний предел микродеформаций α-Fe не ограничен.

Экспериментально установлено, что величина микродеформаций кристаллической решетки карбида быстрорежущей стали Fe3W3C, реализуемая в заявленном изобретении и равная от 4,5·10-4 до 6,5·10-4, в несколько раз меньше микродеформаций Fe3W3C в базовом инструменте, что означает также и уменьшение хрупкости карбидной фазы быстрорежущей стали Р18 в несколько раз.

Значения микродеформаций кристаллической решетки Fe3W3С, от 4,5·10-4 до 6,5·10-4 являются минимально достижимыми под воздействием ионизирующей радиации в условиях наших опытов. Микродеформациии, большие 6,5·10-4 и реализуемые при других режимах ионизирующей радиации, приводят к меньшему уменьшению хрупкости по сравнению с базовым инструментом. Поэтому применение их в заявляемом инструменте нецелесообразно. Вполне вероятно, что при других условиях облучения удастся реализовать меньшие значения микродеформаций Fe3W3С. Поэтому в изобретении нижний предел микродеформаций Fe3W3С не ограничен.

Сущность заявляемого изобретения поясняется нижеследующим описанием.

Инструмент представляет собой единое целое и не имеет движущихся частей, поэтому работа инструмента не описывается и чертежи, поясняющие работу инструмента, не приводятся.

Проверка достижения заявленного технического результата осуществлялась следующим образом. Базовые образцы из быстрорежущей стали Р18 и образцы из стали Р18, подвергнутые радиационной обработке, исследовались методом рентгеновской дифрактометрии. Параметры тонкой кристаллической структуры - средний размер блоков (кристаллитов) D и микродеформации кристаллических решеток компонентов быстрорежущей стали Р18: феррита α-Fe, легированного хромом и вольфрамом, и карбида быстрорежущей стали Fe3W3C определялись при помощи метода, изложенного в работах [3, 5].

Пример.

Образцы цилиндрической формы (диски) диаметром 20 мм и толщиной 5 мм облучались со стороны одного из плоских оснований проникающей радиацией. Образцы, как необлученный (базовый), так и облученные, исследовались методом рентгеновской дифрактометрии. Результаты экспериментом представлены в таблице 1.

Из табл.1 ясно, что благодаря радиационной обработке средние размеры блоков уменьшаются в фазе α-Fe почти в 2 раза, а в фазе Fe3W3С - ровно в 2 раза. Поскольку предел текучести материала обратно пропорционален корню квадратному из среднего размера блоков [4], то очевидно, что радиационная обработка на 40% увеличивает прочность компонентов быстрорежущей стали Р18.

Из табл.1 ясно также, что в фазе α-Fe облучение уменьшает микродеформации на обеих плоскостях, как облученной, так и необлученной, приблизительно на 17%. В то же время в фазе Fe3W3C на облученной поверхности микродеформации уменьшаются в 2,4 раза, а на необлученной поверхности - в 3,48 раза. Если принять во внимание, что упругая энергия, заключенная в микродеформациях кристаллической решетки, пропорциональна квадрату ε [6], можно сделать вывод, о том, что упругая энергия кристаллической решетки α-Fe в результате облучения уменьшилась на 31%, а упругая энергия кристаллической решетки Fe3W3С - в 5,8-12,1 раза. Поэтому хрупкость инструмента, изготовленного из быстрорежущей стали Р18, безусловно уменьшается после облучения, хотя точную оценку величины уменьшения трудно дать, исходя из представленных данных.

Таблица 1
Средний размер блоков D и микродеформации ε кристаллических решеток компонентов быстрорежущей стали марки Р18: феррита α-Fe, легированного хромом и вольфрамом, и карбида быстрорежущей стали Fe3W3С в необлученном образце и образцах, подвергнутых воздействию проникающей радиации
Параметр тонкой кристаллической структурыНеоблученный образецОблученные образцы
Облученные поверхностиНеоблученные поверхности
α-FeFe3W3Cα-FeFe3W3Сα-FeFe3W3С
D, нм76,352,142,431,640,226,0
Е·10455,915,6446,76,546,34,5

Необходимо отметить, что из табл.1 следует, кроме того, что эффект от воздействия ионизирующей радиации как на облученной, так и на необлученной поверхностях образцов практически одинаков. Отсюда можно сделать вывод, что по крайней мере до глубины 5 мм ионизирующая радиация оказывает одинаковое воздействие на изменение свойств быстрорежущей стали Р18. Подобные же результаты были получены нами ранее при исследованиях воздействия облучения электронами на сплавы на основе железа и алюминиевые сплавы методом измерения микротвердости [7, 8].

Таким образом, подводя итог сказанному выше, можно утверждать, что срок службы инструмента, изготовленного из быстрорежущей стали Р18 и подвергнутого воздействию ионизирующей радиации, должен значительно возрасти по сравнению с базовым инструментом.

Источники информации

1. Геллер Ю.Г. Инструментальные стали. М.: Металлургия, 1968. - 568 с. - С.354-355.

2. Геллер Ю.Г. Инструментальные стали. М.: Металлургия, 1968. - 568 с. - С.353. (Прототип)

3. Коршунов А.Б. Аналитический метод определения параметров тонкой кристаллической структуры по уширению рентгеновских линий // Заводская лаборатория. Диагностика материалов. - 2004. - Т.70, №2. - С.27-32.

4. Миркин Л.И. Физические основы прочности и пластичности. М.: МГУ, 1968. - 540 с.

5. Патент РФ №2234076 от 10.08.2004 г. «Способ определения параметров тонкой кристаллической структуры поликристаллического материала» / Патентообладатель: Научно-исследовательский институт механики Московского государственного университета им. М.В.Ломоносова. Авторы: Коршунов А.Б., Иванов А.Н.

6. Инденбом В.Л. Строение реальных кристаллов. // Современная кристаллография. Т.2. Структура кристаллов. - М.: Наука, 1979. - С.297-341.

7. Патент РФ №2221056 от 10.01.2004 г. «Способ обработки изделий из металлических сплавов на основе железа» / Патентообладатели: ФГУП Научно-исследовательский институт приборов, Коршунов А.Б., Жуков Ю.Н., Голубцов И.В. и др. Авторы: Коршунов А.Б., Жуков Ю.Н., Голубцов И.В. и др.

8. Патент РФ №2225458 от 10.03.2004 г. «Способ обработки алюминиевых сплавов» / Патентообладатели: ФГУП Научно-исследовательский институт приборов, Коршунов А.Б., Жуков Ю.Н., Голубцов И.В. и др. Авторы: Коршунов А.Б., Жуков Ю.Н., Голубцов И.В. и др.

Инструмент, выполненный из быстрорежущей стали Р18, структура которой содержит феррит α-Fe, легированный хромом и вольфрамом, и карбид быстрорежущей стали Fe3W3C, отличающийся тем, что средний размер блоков α-Fe составляет не более 42 нм, а Fe3W3C - не более 32 нм, величина микродеформации кристаллической решетки α-Fe составляет не более 4,7·10-3, а Fe3W3C - не более 6,5·10-4.



 

Похожие патенты:
Изобретение относится к области металлургии, в частности к производству сортового проката, в прутках, калиброванного круглого, из среднеуглеродистой микролегированной стали повышенной обрабатываемости резанием, используемого для изготовления штоков амортизаторов автомобиля.
Изобретение относится к черной металлургии, в частности к стали, используемой для изготовления железнодорожных рельсов. .
Изобретение относится к области металлургии, в частности к производству сортового проката круглого, в прутках, используемого для изготовления штоков амортизаторов.
Изобретение относится к области металлургии, в частности к производству сортового проката, для изготовления шаровых пальцев, наконечников тяг и шаровых опор подвески автомобиля.
Изобретение относится к области металлургии, в частности, к экономнолегированным сталям, предназначенным для изготовления изделий, эксплуатирующихся в агрессивных высокоминерализованных средах, содержащих сероводород и углекислый газ.

Изобретение относится к черной металлургии, в частности к производству стали для железнодорожных рельсов. .
Изобретение относится к сварке и касается состава сварочной проволоки для сварки и наплавки изделий из высокоуглеродистых сталей, работающих при больших знакопеременных нагрузках, и может быть использовано, преимущественно, при восстановлении узлов и деталей железнодорожного подвижного состава.

Сталь // 2232201
Изобретение относится к черной металлургии, в частности к изысканию состава стали, используемой при изготовлении ножей, предназначенных для резки металлолома. .

Сталь // 2224042
Изобретение относится к черной металлургии, в частности к изысканию высокопрочных сталей для болтов крепления рельсов. .

Изобретение относится к конструкционным легированным сталям для изготовления деталей машин и механизмов и может быть использовано в машиностроении транспортном, автотракторном, дорожных машин и других его областях, а также в оборонной технике для изготовления боеприпасов.

Изобретение относится к области инструментальной промышленности, в частности к обработке материалов давлением. .

Изобретение относится к области обработки износостойких изделий инструментального назначения и может быть использовано для повышения ресурса работы инструментов, деталей машин и механизмов, работающих в условиях резания, трения и абразивного износа.

Изобретение относится к обработке металлов давлением применительно к повышению стойкости инструментальных сталей и может применяться в авиастроении, судостроении и других отраслях промышленности.

Изобретение относится к области машиностроения, а именно к способам повышения износостойкости инструмента магнитной обработкой. .
Изобретение относится к области металлургии и инструментального производства и может быть использовано при термической обработке инструментов из быстрорежущих сталей.

Изобретение относится к области обработки металлорежущего инструмента, а именно к повышению износостойкости металлорежущего инструмента, изготовленного из инструментальных сталей, путем воздействия на инструмент нагрева и импульса магнитного поля.

Изобретение относится к технологии поверхностного упрочнения металлообрабатывающего инструмента и может быть применено в машиностроении. .

Изобретение относится к области машиностроения и используется для снижения шероховатости поверхности кристаллизующихся расплавов, повышения плотности формирующихся структур и образования в них остаточных напряжений сжатия при обработке источниками высококонцентрированной лучевой энергии за счет управления гидродинамическим состоянием расплава при обеспечении стабильно ламинарного (близкого к стационарному) режима течения.

Изобретение относится к области машиностроения, в частности к термической обработке стальных изделий концентрированным источником энергии. .

Изобретение относится к области инструментальной промышленнности, в частности к обработке металлов давлением. .

Изобретение относится к металлургии, в частности к производству магнитотвердых сплавов на основе системы Fe-Cr-Co, которые применяются в автоприборостроении, релейной технике, электромашиностроении, медицине и т.д.

Изобретение относится к области машиностроения и может быть использовано для различного типа резцов, фрез, сверл, метчиков и т.д

Наверх