Инструмент из быстрорежущей стали р6м5

Изобретение относится к области машиностроения и может быть использовано для различного типа резцов, фрез, сверл, метчиков и т.д. Инструмент изготовлен из быстрорежущей стали Р6М5, содержащей в качестве основного структурного компонента феррит α-Fe, легированный хромом, вольфрамом и молибденом. Средний размер блоков α-Fe составляет не более 47 нм, а микродеформации кристаллической решетки α-Fe составляют не более 5,2·10^-3. Увеличивается прочность и уменьшается хрупкость феррита α-Fe. 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 Р18 [1]. Недостатком инструмента, изготовленного 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.

Наиболее близким к заявляемому инструменту является инструмент, изготовленный из быстрорежущей вольфрамомолибденовой стали марки Р6М5 [2]. Быстрорежущая сталь Р6М5 лишена недостатков быстрорежущей стали Р18. Однако в случае тяжелых условий резания ее прочность также является недостаточной.

Заявляемое изобретение направлено на увеличение прочности и уменьшение хрупкости основного компонента быстрорежущей стали Р6М5 - феррита α-Fe и, тем самым, на увеличение срока службы инструмента, изготовленного из нее.

Указанный результат достигается тем, что в инструменте, изготовленном из быстрорежущей стали Р6М5, содержащей в качестве основного компонента феррит α-Fe, легированный хромом, вольфрамом и молибденом, средний размер блоков α-Fe составляет не более 47 нм, а микродеформации α-Fe составляют не более 5,2·10^-3.

Отличительными признаками заявляемого изобретения являются:

- выбор в качестве интервала средних размеров блоков феррита α-Fe, легированного хромом, вольфрамом и молибденом, полуоткрытого интервала, ограниченного сверху средним размером, равным 47 нм;

- выбор в качестве верхнего предела интервала средних размеров блоков феррита α-Fe среднего размера, равного 47 нм;

- выбор в качестве интервала микродеформаций кристаллической решетки α-Fe полуоткрытого интервала, ограниченного сверху величиной микродеформаций, равной 5,2·10^-3;

- выбор в качестве верхнего предела интервала микродеформаций кристаллической решетки α-Fe величины микродеформаций, равной 5,2·10^-3.

Экспериментально установлено, что средний размер блоков феррита α-Fe, реализуемый в заявляемом изобретении и равный от 44 до 47 нм, составляет 64,45-68,45% от среднего размера блоков феррита в базовом инструменте, что означает увеличение поверхностной энергии границ блоков [3] основного компонента - α-Fe быстрорежущей стали Р6М5 в 1,45-1,55 раза. Поскольку предел текучести обратно пропорционален корню квадратному из среднего размера блоков [4], прочность основного компонента - α-Fe быстрорежущей стали Р6М5 возрастает на 20-20,5%.

Средние размеры блоков α-Fe, равные от 44 до 47 нм, являются минимально достижимыми под воздействием ионизирующей радиации в условиях наших опытов. Средние размеры блоков, большие 47 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 величина микродеформаций кристаллической решетки α-Fe, реализуемая в заявляемом изобретении, составляет от 4,9·10^-3 до 5,2·10^-3, что на 5-10% меньше величины микродеформаций в базовом инструменте. Это означает уменьшение хрупкости основного компонента быстрорежущей стали Р6М5.

Величина микродеформаций кристаллической решетки α-Fe, изменяющаяся от 4,9·10^-3 до 5,2·10^-3, является минимально достижимой под воздействием ионизирующей радиации в условиях наших опытов. Микродеформации, большие 5,2·10^-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.

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 Р6М5 и образцы из стали Р6М5, подвергнутые радиационной обработке, исследовались методом рентгеновской дифрактометрии. Параметры тонкой кристаллической структуры - средний размер блоков (кристаллитов) D и микродеформации кристаллической решетки основного компонента быстрорежущей стали Р6М5 - феррита α-Fe, легированного хромом, вольфрамом и молибденом, 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 экспериментов представлены в таблице.

Из таблицы ясно, что, благодаря радиационной обработке, в основном компоненте быстрорежущей стали Р6М5 - феррите α-Fe средний размер блоков уменьшается в среднем в полтора раза. Поскольку предел текучести материала обратно пропорционален корню квадратному из среднего размера блоков [4], то очевидно, что радиационная обработка в среднем на 20,2% увеличивает прочность основного компонента быстрорежущей стали Р6М5.

Из таблицы ясно также, что в фазе α-Fe облучение уменьшает микродеформации на облученной поверхности на 10,3%, а на необлученной поверхности на 5,2%. 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 уменьшилась в среднем на 14,8%. Поэтому хрупкость инструмента, изготовленного из быстрорежущей стали Р6М5, безусловно уменьшается после облучения, хотя точную оценку величины уменьшения трудно дать исходя из представленных данных.

Размер блоков D и микродеформации ε кристаллической решетки основного компонента быстрорежущей стали Р6М5 - феррита α-Fe, легированного хромом, вольфрамом и молибденом в необлученном образце и образцах, подвергнутых воздействию проникающей радиации
Параметр кристаллической структуры	Необлученный образец	Облученные образцы
Облученные поверхности	Необлученные поверхности
D, нм	68,4	44,1	46,8
ε·103	5,43	4,87	5,15

Необходимо отметить, что из таблицы 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 Р6М5. 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 Р6М5 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.348-361.

2. Геллер Ю.Г. Инструментальные стали. М.: Металлургия, 1968. - 568 с. - С.362-368 (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 Российской Федерации №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 Российской Федерации №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 Российской Федерации №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 Р6М5, содержащей в качестве основного структурного компонента феррит α-Fe, легированный хромом, вольфрамом и молибденом, отличающийся тем, что средний размер блоков α-Fe составляет не более 47 нм, а величина микродеформации кристаллической решетки α-Fe составляет не более 5,2·10^-3.