Способ цементации быстрорежущей стали в твердом карбюризаторе

Изобретение относится к металлургии, в частности к химико-термической обработке стальных изделий из быстрорежущих сталей. Способ цементации быстрорежущей стали в твердом карбюризаторе включает нагрев до температуры насыщения, выдержку при этой температуре с подачей 20-25%-ого водного раствора уксусной кислоты со скоростью подачи 0,25-1,0 мл раствора на 100 г карбюризатора в 1 час и охлаждение на воздухе. Снижается коэффициент линейного расширения. 1 ил., 1 табл.

 

Изобретение относится к металлургии, в частности к химико-термической обработке стальных изделий из быстрорежущих сталей, и может найти применение в сталеинструментальной, машиностроительной и других отрослях промышленности для снижения коэффициента линейного расширения (КЛР).

Известен способ цементации в твердом карбюризаторе, включающий нагрев стальных деталей до температуры обработки и выдержку при этой температуре в твердом карбюризаторе, причем в качестве карбюризатора используется смесь на основе древесного угля, содержащую, вес.%:

карбонат бария	20-25
карбонат кальция	3,5-5
древесный уголь	остальное [1].

Наиболее близким к предлагаемому является способ цементаци в твердом карбюризаторе, включающий нагрев до температуры насыщения, выдержку при этой температуре, причем во время выдержки в твердый карбюризатор подают 5-20-ный водный раствор нитрата магния или нитрата алюминия, или их смеси со скоростью 0,25-1 мл на 100 г карбюризатора в 1 ч [2].

Недостатком известных способов является то, что они не обеспечивают необходимое снижение КЛР, указывающего на эксплуатационную стойкость инструмента и возможность применения быстрорежущих материалов.

Задачей изобретения является снижение коэффициента линейного расширения быстрорежущих сталей в интервале температур испытания 100 -700°С.

Поставленная задача достигается тем, что в способе цементации быстрорежущей стали в твердом карбюризаторе, включающем нагрев до температуры насыщения и выдержку при этой температуре, во время выдержки проводят подачу 20-25%-ого водного раствора уксусной кислоты со скоростью 0,25-1,0 мл раствора на 100 г карбюризатора в 1 ч и охлаждение на воздухе.

Использование такой химико-термической обработки позволяет снизить КЛР до необычно низких значений за счет интенсификации процессов диффузии. Эта термообрабока снижает КЛР при температурах испытания 100-700°С, что важно для быстрорежущих сталей, работающих при высоких температурах, где процессы разупрочнения инструмента и коэффициент линейного расширения должны быть минимальны.

Заявляемая концентрация водного раствора уксусной кислоты и скорость его подачи в карбюризатор являются оптимальными для достижения поставленной задачи, т.к. при увеличении или изменении их значений дальнейщее снижение КЛР не происходит.

Способ осуществляется следующим образом:

Сверла ⌀ 3 мм производства ООО «Томский инструментальный завод», изготовленные из стали Р6М5, подвергают цементации в бондюжском карбюризаторе в течение 1 ч при температуре 930-950°С. После достижения температуры цементации через специальные отверстия в контейнере подается водный раствор уксусной кислоты. После выдержки 1 час проводилось охлаждение на воздухе. Цементованные образцы подвергались нагреву при 1000°С в течение 10 мин и последующему охлаждению в масло до 60-80°С. Определение коэффициента линейного расширения на дилатометре фирмы «Шевенар» предусматривало использование образцов в интервале (t_исп)≈50-700°С. Параллельно определялся коэффициент линейного расширения таких же сверл после цементации по известному способу (прототипу).

В таблице и на чертеже показаны примеры осуществления предлагаемого способа в сравнении с известным. Как видно из проведенных в таблице и на чертеже результатов, эффективность предложенного способа химико-термической обработки быстрорежущей стали выше по сравнению с известным способом.

Предлагаемый способ химико-термической обработки может быть использован на металлургических и машиностроительных заводах для повышения свойств режущего инструмента и на предприятиях приборного машиностроения для улучшения свойств прицезионных сплавов.

Режимы химико-термической обработки	Коэффициент линейного расширения, α·10-6 град-1
	50	100	150	200	250	300	350	400	450	500	550	600	650	700
Известный:
Без нагрева	9,17	10,51	11,21	11,97	12,36	12,95	13,12	13,85	14,34	13,76	13,48	12,90	12,83	12,65
1. Цементация в твердом карбюризаторе с добавками водного раствора
а) 5%-ого раствора нитрата магния со скоростью 0,25 мл на 100 г карбюризатора в час	8,91	9,51	10,02	10,48	10,48	11,10	12,41	12,85	13,74	13,76	13,48	13,09	12,78	12,00
б) 5%-ого раствора смеси 3:2 нитрата алюминия и нитрата магния со скоростью 0,75 мл на 100 г карбюризатора в час	8,93	9,57	11,00	11,49	10,54	11,34	12,62	12,71	13,38	13,41	13,41	12,99	12,58	12,01
Предлагаемый:
Без нагрева	9,17	10,51	11,21	11,97	12,36	12,95	13,12	13,85	14,34	13,76	13,48	12,90	12,83	12,65
2. Цементация в твердом карбюризаторе с добавками водного раствора уксусной кислоты
а) 20%-ого раствора со скоростью 0,25 мл на 100 г карбюризатора в час	8,01	9,40	9,52	9,68	9,68	9,75	11,41	11,73	12,71	12,02	12,09	12,65	8,89	8,76
б) 25%-ого раствора со скоростью 1 мл на 100 г карбюризатора в час	7,55	7,81	7,82	9,48	9,48	9,56	10,42	10,71	10,74	10,20	9,89	9,81	6,75	6,76

Источники информации.

1. Справочник металлиста. Т.2/ Под ред. А.Г.Рахштадта, В.А.Бромстрема.- М.: Машиностроение, - 1976. - С.328.

2. А.с. 939592 МКл.² С23С 9/06. Способ цементации в твердом карбюризаторе / В.К.Афанасьев, Г.Т.Коровин, М.А.Демчинко и др. Заявка №2998620/22 от 24.10.80. Опубл. 30.06.82. Бюл. №24.

Способ цементации быстрорежущей стали в твердом карбюризаторе, включающий нагрев до температуры насыщения, выдержку при этой температуре с подачей 20-25%-ного водного раствора уксусной кислоты со скоростью подачи 0,25-1,0 мл раствора на 100 г карбюризатора в 1 ч и охлаждение на воздухе.