автореферат диссертации по металлургии, 05.16.01, диссертация на тему:Разработка и исследование двухступенчатой закалки быстрорежущих сталей

московский

ордена октябрьской революции и ордена трудового красного знамени институт стали и сплавов

На правах рукописи Для служебного пользования

Экз. ^ 000071 •

УДК 669.14.018.252 ИБРАГИМОВ ЮСИФ НАМАЗ ОГЛЫ

РАЗРАБОТКА И ИССЛЕДОВАНИЕ ДВУХСТУПЕНЧАТОЙ ЗАКАЛКИ БЫСТРОРЕЖУЩИХ СТАЛЕЙ

05.16.01 — «Металловедение и термическая обработка металлов»

№ 1138/031 дсп

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Москва 1991

Работа выполнена в Специальном конструкторско-техно-логическом бюро металловедения «Кристалл» АН Азербайджана.

Научные руководители: академик АН Азербайджана, доктор физико-математических наук ШАХТАХТИНСКИП М. Г., чл. корр. АН Азербайджана, доктор технических наук СУЛЕЙМАНОВ Н. М.

Официальные оппоненты:

доктор технических наук, профессор МОИСЕЕВ В. Ф., кандидат технических наук, старший научный сотрудник ЧИЖИКОВ В. И.

Ведущее предприятие: Московский завод «Фрезер»

Защита диссертации состоится 199 / г. на

заседании специализированного совета К 053.08.03 по присуждению ученых степеней в области металловедения и коррозии металлов в Московском ордена Октябрьской Революции и ордена Трудового Красного Знамени института стали и сплавов.

Адрес: 117936, Москва, ГСП-1, Ленинский проспект, д. 4.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке института.

Автореферат разослан «ЛГ>> 199/ г.

Ученый секретарь специализированного совета, кандидат технических наук,

профессор Б. А. САМАРИН

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность работы. Одной из основных задач металловедения является повышение механических свойств металлов, приводящее к снижению металлоемкости деталей машин и конструкций, увеличению их надежности и долговечности.

Одним-из путей повышения механических свойств металлов и сплавов является применение новых технологий термической обработки. В области быстрорежущих сталей использование новой технологии термической обработки, повышающей механические свойства, приводит к повышению стойкости инструмента. Это позволяет повысить произЕо-дительность труда на машиностроительных предприятиях, сокращает расход дорогостоящих быстрорежущих сталей, приводит к экономии остродефицитных юльфр&ма и молибдена.

Актуальность разработки и внедрения новых способов термической обработки быстрорежущих сталей, позволяющих повысить эксплуатационные характеристики инструментов обусловлена: а) возрастающей потребностью машиностроительных предприятий в инструментах; б) острой дефицитностью вольфрама и молибдена, являющихся основными легирующими элементами всех быстрорежущих сталей; в) необходимостью обеспечения стабильной стойкости инструментов при их эксплуатации на гибких автоматических линиях и в автоматизированном производстве.

Б настоящее время для термической обработки инструментальных сталей широко- применяют высокотемпературную и низкотемпературную ступенчатую'закалки, основанные на ступенчгтом охлаждении стали после аустенизации. Работа».™ советских и зарубежных ученых установлено, что в процессе такой изотермической выдержки из аустенита

легированных сталей выделяются мельчайшие карбидные частицы. Причем структура, морфология, распределение и размеры этих частиц обусловлен,! температурой распада. Таким образом, изменяя температуру распада, а такие условия ее достижения (скорость охлаждения, температуру предшествующего переохлаждения) можно в довольно широком диапазоне изменять субструктуру стали и посредством" этого и ее свойства.

Настоящая работа посвящена изучению процессов,происходящих при двухступенчатой закалке быстрорежущих сталей, когда после аустенизации проводят быстрое переохлаждение стали до температур 350-450°С (I ступень), а затем подвергают ее изотермическому рас-паду'в области 600-700°С (И ступень).

В качестве материала исследования были использованы стандартные (Р616, Р6М5К5), а также безвольфрамовые быстрорежущие стали (ЭП 973 и ЭК41).

Представленная работа является частью исследований, проводимых в СКТБМ "Кристалл" АН Азербайджанской Республики,согласно "Плану мероприятий по промышленному внедрению способа "термического упрочнения" режущих инструментов и быстрорежущих сталей, разработанного СКТБМ Азербайджанской Республики от 07.12.82, утвержденного Госпланом СССР, ГКНТ и Мшстанкопромом СССР. (Госрегистрация ■ М 81038259 и "Исследование и внедрение новых способов термической обработки стандартных быстрорежущих сталей и опытно-промышленное внедрение безвольфрамовых сталей для изготовления режущих инструментов" (Госрегистрация № 01.83.0019068).

Цель и задачи работы. Целью настоящей работы является разработка принципиально . ; нового способа термической обработки быстрорежущих сталей, обеспечивающего существенное повышение механичес-

к их и эксплуатационных свойств инструментов.

Исследования проводились в нескольких направлениях: а) изучалось влияние температуры и выдержки при I ступени и П ступенях на механические свойства; б) изучалось влияние режимов отпуска на свойства быстрорежущих сталей, предварительно закаленных различными способами; в) определялось влияние различных режимов термической обработки на микрострукту, морфологию и распределение карбидных фаз и на количество остаточного аустенита; г) проводились промышленные сравнительные стойкостные испытания инструментов из быстрорежущих сталей, прошедших термообработку по стандартной и новой технологиям.

Научная новизна. Установлены основные закономерности влияния температуры и времени первой и второй ступени охлаждения на структуру, механические и эксплуатационные свойства вольфрамосодержащих и безвольфрамовых быстрорежущих сталей. Определены температурные и временные параметры двухступенчатой закалки этих сталей, обеспечивающие в пределах проведенных исследований наилучшие свойства. Показано, что при двухступенчатой закалке происходит более полное, чем при высокотемпературной ступенчатой закалке, выделение специальных карбидов. Установлено, что после двухступенчатой закалке измельчаются иглы мартенсита,и остаточный аустенит имеет более крупные размеры, но менее устойчив, чем после одноступенчатой закалки. ,

Практическая ценность и реализация в промышленности.

На основании проведенных исследований разработан ногой способ, термической обработки быстрорежущих сталей, существенно повышающий механические и эксплуатационные свойства инструментов и увеличивающий их стойкость в сравнении с инструментом, прошедшим одноступнча-тую закалку. Способ защищен авторским свидетельством СССР № 797244

от 04.04.79 г.

Фактический экономический эффект от внедрения нового способа на более чем 10-ти предприятиях страны составляет более I млн.руб. в год.

Публикации и апробация работы. Основное содержание работы опубликовано в 3-х статьях, получено I авторское свидетельство.

Результата работы доложены и обсуждены на:

1. Республиканской конференции "Пути повышения надежности, долговечности соединений типа "вал-втулка" и инструмента'.' Баку, 1880 г.

2. Пятом Республиканском семинара "Разработка, производство и применение инструментальных сталей". (г.Запорожье, 20-23 мая 1987 г.) с.8.

.3. Республиканской конференции "Пути повышения эффективности металлообрабатывающего инструмента" Баку, 1988 г.

Объем работы. Диссертация изложена на листах машинописного текста и состоит из введения, 5 глав с 53 рисунками, 17 таблицами, выводов, списка литературы, включающего ' наименований и 8 приложений.'

0СН0Ш0Е СОДЕВШИЕ РАБОТЫ •

В первой главе приведены данные по химическому составу, струк- ■ туре и свойствам во льфрамо со держащих и без вольфрамовых быстрорежущих сталей. Показано, что наиболее распространенными быстрорежущими сталями являются Р6М5 и Р6М5К5. Также обоснован выбор, в качестве объекта исследования, ;безвольфрамэвых быстрорежущих сталей ЭП 973 и ЭК41. Обобщены литературные данные по фазовому составу 4-х

выбранных марок сталей в состоянии поставки, после закалки,после закалки и отпуска. Особое внимание в работе уделено фазовым превращениям, происходящим в быстрорежущих сталях при нагреве, выдержке под аустенитизацию, при изотермическом распаде аустенита, закалке и отпуске. Проведено сравнение трех известных спсобов закалки быстрорежущих сталей: закалки в масле, низкотемпературной и высокотемпературной ступенчатых закалок.

При низкотемпературной ступенчатой закалке инструмента охлаждаются в жидкой среде с.выдержкой при 400-550°С, отвечающей.наибольшей устойчивости переохлажденного аустенита. Еремя издержки при этой температуре выбирают равным времени аустенитизации, что позволяет автоматизировать процесс термической обработки. Охлаждение проводят на воздухе. Такая закалка, по сравнению с закалкой в масле, снижает внутренние напряжения и способствует уменьшению брака по трещинам и деформациям.

Шсоко температурная ступенчатая' закалка принципиально отличается от низкотемпературной закалки тем, что охлаждение инструментов производится при более высоких температурах 600-б75°С, соответствующих области выделения специальных карбвдов из аустенита.

Шсо ко температурная ступенчатая закалка имеет следующие преимущества перед низкотемпературной: а) вследствие уменьшения разности между температурами нагрева и охлаждения снижаются термические напряжения и благодаря этому резко уменьшается брак по закалочным трещинам и деформациям изделий; б) вследствие повышения • температуры ступени охлаждения с 400 до 675°С становится возможной замена калиевой селитры более тугоплавкими, но. нейтральными относительно металла хлористыми солями, что позволяет полностью исключить разъедание поверхности закаливаемых инструментов и облегчает про-

цесс их последующей очистки от солей; в) повышается абсолютная Ееличина механических характеристик быстрорежущих сталей (ударная вязкость, предел прочности при изгибе) при сохранении высокой легированности твердого раствора и высоких значений теплостойкости; г) в некоторых случаях уменьшается число отпусков (с 3-х до 2-х) без ухудшения механических и режущих свойств инструментов.

Повышение механических и эксплуатационных свойств сталей после ступенчатой закалки объясняется тем, что при изотермическом распаде аустенита карбидных частиц, структура, морфология, распределение и размеры которых определяются в первую очередь температурой распада. Полученная в результате изотермического распада структура при последующем охлаждении наследуется мартенситом.

Таким образом, установлено, что высокотемпературная и низко теш ера турная закалки способствуют уменьшению брака, а также повышают стойкость инструментов. Однако, нет единого мнения о процессах, происходящих в сталях при изотермических выдержках,в области субкритических температур. Большой научный и практический интерес представляет также изучение влияния последовательной низкотемпературной и высокотемпературной выдержек при двухступенчатой закалке на свойства, структуру и стойкость инструмента.

Сущность двухступенчатой' закалки заключается в том, что сталь переохлаждается от температуры аустенитизации до температур порядка 250-550°С, выдерживается при этих температурах и затем переносится в среду с температурой 600-700°С и после определений выдержки закаливается на мартенсит.

Материал и методы исследования

В работе исследовались стандартные (ГОСТ 19265-73) КЖ5, Р61БК5 и без вольфрамовые (ТУ 14-1-3353-82, ТУ 14-1-2574 -78) ЭК41, ЗП 973 быстрорежущие стали промышленной выплавки, производства завода "Электросталь". Термическую обработку образцов и инструментов проводили в 'соляных электрованнах. При выполнении работы применялись традиционные методы исследований металлов - световая, элетронная, автоионная микроскопии, рентгеноструктурный анализ. Сравнительные стойкосткые испытания осуществлялись в условиях основного производства 4-х заводов: И/1ЕЗ, КАЗ, КЕПО, КАПО.Испытания проводились на одном и том же оборудовании и с-одинаковыми режимами резания при обработке одной и той же партии деталей. За критерий стойкости инструментов была принята потеря размерной стойкости или скрипы при работе с контролем износа по задней поверхности.

Изучение влияния режимов закалки на структуру и свойства быстрорежущих сталей

Первоначально было проведено исследование влияния температуры изотермического распада аустенита на вторичную твердость, ударную вязкость, количество остаточного аустенита и теплостойкость сталей Рб1и5,КЖ5К5, ЭП 973,' ЭК41 при высокотемпературной ступенчатой закалке. Температуру распада аустенита варьировали, от 750 до 550°С, с шагом 25°С. Гыдержка при этих температурах отвечала 10-15 мин.Установлено, что по сравнению с закалкой в масло, гмсокотег/пературная ступенчатая закалка быстрорежущих сталей повышает их вторичную твердости, ударную вязкость и теплостойкость, а такте несколько снижает количество остаточного аустенита. Экспериментально определены температурные интервалы

изотермического распада, обеспечивающие максимальное улучшение свойств: для стали FSN5, ЭК41 - 625-650°С, Р6ШК5 - 650-675°С, ЭП 973-600-625°С. Эти интервалы температур были использованы в дальнейшем исследовании влияния температуры и выдержки I ступени на свойства сталей в цикле двухступенчатой закалки.

Шдержку при 1-й ступени варьировали от 15 до 300 сек, а температуру от 250 до 550°С с шагом в 50°С. Эти исследования показали, что в цикле двухступенчатой закалки переохлаждение до 250--550°С увеличивает вторичную твердость сталей, но наибольший эффект наблюдается при 400-450°С, в течение 45-240 сек для стали F6L5, 75-240 сек для стали Р6Ы5К5, 30-240 сек для стали ЭП 973 и 75-240 Сек для стали ЭК41. При меньших выдержках образец не успевает охладиться до заданной температуры и эффект упрочнения снижается,- а при более длительных выдержках происходит, вероятно, стабилизация аустенита. Исходя из полученных результатов, при дальнейших исследованиях двухступенчатой закалки выдержку при I ступени выбирали в установленном для каждой стали интервале.

Изучение влияния температуры I ступени на свойства стали Föffi в цикле двухступенчатой закалки показало, что при температуре 375.-450°С вторичная твердость возрастает от 65 НШ0 (высокоступенчатая закалка) до 67 НЕС. ударная вязкость - от 0,3 до 0,51Щж/м?

О

количество остаточного аустенита уменьшилось от 6-7% до 3-4%.Сильное влияние двухступенчатой закалки проявилось в повышении теплостойкости стали Р6М5. Причем максимальная теплостойкость наблюдалась при температурах 375-425°С.

Температура первой ступени в цикле двухступенчатой закалки сказывает существенное влияние на свойства стали F6M5K5, причем лучшие свойства наблюдались в интервале температур 400-450°С. По

э

сравнению с высокоступенчатой закалкой вторичная твердость возрастает от 66 НГСЭ до 68 НЮЭ, ударная вязкость от 0,25 до фЮВДж/м^ теплостойкость - от 61 ННЗЭ до 63,5 НБСЭ, а количество остаточного аустенита уменьшается от 6-7% до Ь%.

Для стали ЭП 973 оптимальный интервал температур 1-й ступени отвечает 375-400°С. При этом твердость увеличивается от 63ПЩ до 64 НКСЭ> ударная вязкость - от 0,5 до 0,7 ВДж/м^, теплостойкость - йт 56,5 НКСЭ до 57 НГСд.

Лучшие свойства стали ЭК41 в цикле двухступенчатой закалки наблюдались при температуре 1-й ступени в интервале 375-425°С.

При этом вторичная твердость повышается от 63,5 НВСэ .до 65,5НГСЭ>

о

ударная вязкость - от 0,3 до 0,5 1уЩж/м , теплостойкость - от 58 НГОЭ до 60 НЕСЭ.

Таким образом, на основании проведенных исследований установлены оптимальные параметры I ступени при двухступенчатой закалке и показано, что по сравнению с высокотемпературной ступенчатой закалкой, двухступенчатая повышает комплекс свойств какста-ндартных быстрорежущих сталей Р5!.5, Р61«5К5, - так и безвольфрамовых быстрорежущих сталей типа ЭП 973, ЭК41. Повышение свойств быстрорежущих сталей при двухступенчатой закалке объясняется тем, что с применением промежуточного охлаждения (I ступень) в интервале температур 375-450°С увеличивается скорость охлаждения аустенита и создаются дополнительные термические напряжения в стали. Эти напряжения сохраняются при переносе в жидкостную ванну с температурой П ступени и способствуют более полному выделению карбидов из аустенита. .

При более низких температурах I ступени (250-350°с) эффект упрочнения проявляется слабее, т.к. в этом случае предалируицум

роль играет процесс стабилизации аустенита. При более высоких тешературах I ступени (500-550°С) свойства снижаются ввиду недостаточной для создания термических напряжений скорости охлаждения. .

Дальнейшие исследования били проведены с целью корректировки температуры и выдержки при П ступени в цикле двухступенчатой. закалки. Температура и выдеряжа при I ступени отвечали установленным выше. Эти исследования позволили окончательно установить оптимальные режимы двухступенчатой закалки быстрорежущих сталей. Свойства сталей Р61кб, Р6Ы5К5, ЭП 973 и ЭК41 после оптимальных режимов двухступенчатой закалки приведены в табл.1.

• Было проведено электронномикроскопическое исследование сталей ЭК41, ЭП 973 и Р6М5 после высоко ступенчатой и двухступенчатой закалок. В структуре этих сталей после ступенчатой закалки наблюдались кристаллы мартенсита различной величины с микродьой-никами и мелкие участки остаточного аустенита. После двухступенчатой закалки в структуре сталей также наблюдались кристаллы мартенсита различных размеров и несколько большие,чем после высокоступенчатой закалки,кристаллы остаточного аустенита. После обоих видов закалки обнаруживаются избыточные карбиды двух типов: крупные до 2-х мкм и мелкие до 0,2 мкм. Анализ электронограмм от частиц показал, что это карбиды КС и М^С.

Таким образом, структуры быстрорежущих сталей после ступенчатой и двухступенчатой закалок отличаются лишь размерами и распределением кристаллов остаточного аустенита. В первом случае остаточный аустенит располагается малыми участками между мартенсит-ными кристаллами, а во втором - он виден несколько большими учас-ками в виде обособленных зерен. Магнитометрический анализ показал, что б последнем случае остаточный аустенит менее устойчив и распа-

Таблица I.

Свойства быстрорежущих сталей после двухступенчатой закалки

Марка 1 Режим стали ! термической ; обработки

!

Твердость, НЕС„

----т _ _

КС» ! Тс

ВДК/м2 1 ИКС,

(

I Изг,1

I Ша 'а ост,

3 ! о/

! \ /о

Р6М5 1220т 1240°С-375 г 425°С-650 +675°С~ воздух + отп.

67

0,5 62,5 3550 4*5

Р61г5К5 1230+1250 С ~ 400+450oC-650+675°С -

еоздух + отп.

68

0,40 63,5 2800 <: 5

ЭП 973 1220+1240°С-375+400°С--600+650°С воздух + отп

64

0,7 57 •' 5000 $5

ЭК41 1220+ 1240°С 375*425°С-625+650°С -воздух + отп.

65,5 0,50 60 3600 <5

дается уже после двухкратного отпуска при 560°С (сталь В51й) вместо общепринятого трехкратного. Это на практике дает возможность сократить один отпуск после двухступенчатой закалки.

Следует отметить, что электронномикроскопические исследования структуры сталей после ступенчатой и двухступенчатой закалки не обнаружили карбидных выделений ввиду недостаточной разрешающей способности микроскопа. Поэтому были проведены исследования на автоионном микроскопе. После высокоступенчатой закалки с выдержкой при 650°С в течение о мин в структуре стали Р6К5 не было обнаружено выделений. А после двухступенчатой закалки по режиму:

400°С — 6Б0°С, 5'-*- воздух были выявлены высокодисперсные

о

предвыделения специальных карбидов в виде дисков толщиной Ю-15А и диаметром 50-70 Я,

Таким образом, при двухступенчатой закалке в процессе изотер-ми 'еской выдержки при П ступени из аустенита выделяются специальные карбиды высокой дисперсности. Вероятно, что при шсокоступен-чатой закалке этот процесс также происходит, но не столь интенсивно,- как при двухступенчатой. Это подтверждается рентгеноструктурны-ми исследованиями, позволившими определить содержание углерода в мартенсите сталей Р61<Б и ЭК41. Б мартенсите стали Р615 после закалки в масле содержится 0,39$С, после ступенчатой закалки - 0,32^,а после двухступенчатой - О.^З'Й. Р. стали ЗК41 мартенсит после закалки в масле, ступенчатой и двухступенчатой закалки, соответственно, содержит 0,42; 0,40 и 0,П4®3.

Таким образом, двухступенчатая закалка способствует более полному ьыделению карбидов из аустенита.Именно благодаря этому сталь, подвергнутая двухступенчатой закалке,имеет более высокие свойства. Изучение тепло- и температуропроводности стали Р51© показало,

что после двухступенчатой закалки сталь имеет более высокие тепло-физические свойства, чем после высокоступенчатой закалки. Это также свидетельствует о более полном распаде аустенита при двухступенчатой закалке.

Влияние режимов отпуска на свойства быстрорежущих сталей

Быстрорежущие стали, исследованные в настоящей работе, хотя и отличаются по характеру и уровню легирования, но имеют практически одинаковую зависимость твердости от температуры отпуска, отпуск при 350-400°С приводит к снижению ("провалу") твердости, что обусловлено снятием напряжений, частичным распадом мартенсита, выделением и коагуляцией карбидов цементитного типа.

Как показали исследования, ступенчатая закалка сталей с выдержкой при б00-675°С уменьшает "провал" твердости при отпуске 300-400°С. Это связано с тем, что в процессе выдержки при 600 --675°С происходит частичное выделение специальных карбидов (кластеров) из переохлажденного аустенита. Значительная часть углерода и легирующих элементов выделяются из аустенита, что в свою очередь уменьшает количество цементита, образующегося при отпуске в интервале 300-400°С.

После двухступенчатой закалки падение твердости после отпуска при 300-400°0 меньше, чем после высокоступенчатой закалки. Это свидетельствует о том, что при двухступенчатой закалке происходит более интенсивный распад переохлажденного аустенита в области субкритических тешератур (600-675°С) и образовавшийся при последующем охлаждении мартенсит менее склонен к распаду с выделением цементита, чем после высокоступенчатой и, тем более после обич-

ной закалки в масле.

Изучение влияния температуры отпуска в интервале дисперсионного твердения (500-600°С) показало, что наименьшую твердость сталь Р6В имеет после закалки в масло и трехкратного отпуска (64 ИЕСд). Оптимальным интервалом температур отпуска в этом случае является Е50-560°С. При гасокоступенчатой закалке вторичная твердость повышается до 65 НШЭ > а интервал оптимальных температур составляет 540-560°С. Наибольшую твердость (67 НШЭ) сталь Р6Ь.5 имеет после двухступенчатой закалки и трехкратного отпуска при 550-560°С. Аналогичные результаты получены для стали Р6М5К5 с той лишь разницей, что наибольшую твердость эта сталь имеет после отпуска при 560-570°С.

Для безвольфрамоБЫх быстрорежущих сталей ЭП 973 и ЭК41 влияние двухступенчатой закалки заключается в том, что она повышает вторичную твердость и несколько расширяет интервал оптимально температур. Так, для стали ЭП 973 наибольшая твердость наблюдается после отпуска при 520-530°С (закалка в масло и высокоступенчатая закалка), а с применением двухступенчатой закалки - при 520-540°С. Для стали ЭК41 в случае закалки в масло максимальная твердость наблюдается при 530-550°С, после ступенчатой 540--550°С, а после двухступенчатой - при 540-560°С.

Электронномикроскопические исследования процессов дисперсионного твердения стали Р6!<5 показали, что отпуск при 560°С соответствует превращению остаточного аустенита и образованию специальных областей, обогащенных легирующими элементами и углеродом.-Качественно структура стали после ступенчатой и двухступенчатой закалок не отличается. Однако интенсивность дифракционных эффектов, обусловленных образованием областей, обогащенных легирующими

элементами и углеродом, на электронограммах сталей, обработанных по двухступенчатой закалке, выше, чем по ступенчатой. Это заключение сделано на основании изучения большого количества мартенси-тньгх кристаллов на разных образцах.

Кроме того, эти "тяжи" после двухступенчатой закалки, в сравнении со ступенчатой закалкой и отпуском более сильно связаны с матричными рефлексами. Это означает, что после двухступенчатой закалки и отпуска специальные карбвды МС или М^С более дисперсны и сохраняют связь с матрицей. Тщательно съюстированные темно-

польные изображения в свете таких размытых максимумов выявили рав-

о

ноосные частицы размером 70-100А. Интересен тот факт, что частицы, выделившиеся из аустенита в процессе его изотермического распада в области субкритических температур имеют дискообразную форму, а частицы, выделяющиеся при отпуске - равноосную.

Преимущество двухступенчатой закалки перед высокоступенчатой также проявляется в том, что в последнем случае даже после трехкратного отпуска при 560°С в структуре стали присутствует цементит, тогда как после двухступенчатой закалки и двухкратного отпуска при 560°С цементит не выявляется.

Металлографические исследования структуры быстрорежущих сталей после закалки и отпуска показали, что благодаря применению двухступенчатой закалки происходит измельчение игл мартенсита. Причиной такого измельчения структуры могут быть два фактора: а) предвыделения, образующиеся при двухступенчатой закалке, препятствуют росту игл мартенсита; б) эти предвыделения, являясь объемными дефекторами, увеличивают количество центров зарождения новой фазы (мартенсита).

Изучение влияния кратности отпуска при дисперсионном тверде-

нии быстрорежущих сталей на вторичную твердость и количество остаточного аустенита показало, что стали, подвергнутые двухступенчатой закалке, уже после второго отпуска достигают максимальной твердости и минимального количества остаточного аустенита. Третий отпуск не уменьшает количества остаточного аустенита и не влияет на вторичную твердость стали. Таким образом, при двухступенчатой закалке технологический процесс отпуска может быть сокращен на I цикл по сравнению с высокоступенчатой закалкой.

Влияние способов закалки на стойкость режущих инструментов Приведенные выше результаты исследований позволили разработать технологию термической обработки двухступенчатой закалки, которая была применена при упрочнении промышленных партий инструментов на ряде машиностроительных предприятий страны*

Шервые новая технология была опробована и внедрена на Минском мотовелозаводе. Термической обработке были подвергнуты 24 вида инструментов (по 7-10 шт. каждого) из стали Р6М5, Р6АЮ,Р6М5К5. Для сравнения применяли инструмент из той же партии, подвергнутый высоко ступенчатой закалке. При обработке сталей 15Х,ст.20,А12, 20Х средняя стойкость инструментов прошедших двухступенчатую закалку. в Г.8-2,3 раза выше, чем аналогичного инструмента, закаленного по заводской технологии. Уточненный экономический эффект от рнедрения новой технологии составил более 100 тыс.руб. в год.

На Кутаисском автозаводе было изготовлено 5 ввдов инструментов из сталей Р616 и ВоЬйК5. При обработке деталей из сталей 40ХН,

* Ь промышленности эта технология получила название ступенчато-изотермической закалки (СИЗ).

45Х, 40ХМА и ковкого чугуна средняя стойкость инструментов, прошедших двухступенчатую закалку, в 1,6 раза выше, чем стойкость аналогичного инструмента, закаленного по заводской технологии.

Уточненный экономический эффект от внедрения новой технологии на К A3 э составляет около 100 тыс.руб. в год.

На Казанском вертолетном производственном объединении было изготовлено 9 вццов инструментов (по 20 шт. каждого вида) из сталей PIB, F9K5, F6M5K5. При обработке сталей 40ХП1, ЗОХГСА, I4XI7H2 инструмент, прошедший двухступенчатую закалку показал повышение стойкости в 1,8-2,5 раза.

Уточненный экономический эффект от внедрения составил свыше 200 тыс.руб. в год.

Па Казанском авиационном производственном объединении были проведены испытания 5 еидов инструментов из сталей Р6М5, F6M5K5, PI8. При обработке стали ЗОХГСА и сплава В1-6,4 инструмент, упрочненный по новой технологии показал повышение стойкости в 1,4-1,6 раза.

Экономический эффект от внедрения составил свыше 200 тыс.руб. в год.

ВЫВОДЫ

В результате всестороннего исследования влияния режимов терми- • ческой обработки на структуру и свойства 4-х марок быстрорежущих сталей - F6M5, Р6М5К5, ЭП 973 и ЭК41 установлено:

I. Двухступенчатая закалка обеспечивает повышение ударной вязкости, вторичной твердости и красностойкости быстрорежущих сталей по сравнению со ступенчатой закалкой и закалкой в масле.

2. При двухступенчатой закалке наилучшие свойства наблюдались после переохлаждения в интервале температур 350-450°С в течение 1-? мин. (I ступень) и последующего изотермического распада аус-тенита в интервале 600-675°С в течение 10-25 мин. (П ступень).

3. После двухступенчатой закалки происходит более полное выделение специальных карбидов из аустенита при 630-670°С, чем это

наблюдается в случае обычной высокотемпературной ступенчатой зао

калки. Карбиды имеют дискообразную форму (Ф 50-70А, толщина - 10-. --15Й)..

.4.После двухступенчатой закалки наблюдается уменьшение размеров игл мартенсита по сравнению со ступенчатой закалкой. Это вероятно связано с тем, что в первом случае из аустенита выделяется значительно больше карбидов,и они при последующем мартенситном превращении задерживают рост кристаллов мартенсита.

5. Количество остаточного аустенита после двухступенчатой закаляй ч высокоступенчатой закалки почти одинаково, но после двухступенчатой закалки остаточный аустенит имеет крупные размеры, и он не связан с мартенситом, то есть структурно свободен. Кроме того, этот аустенит менее устойчив против отпуска чем аустенит, оставшийся после ступенчатой закалки или закалки в масле, и для полного его распада достаточно двухкратного отпуска вместо стандартного трехкратного. Таким образом, при двухступенчатой закалке сокращается технологический цикл отпуска.

6. Полле двухступенчатой закалки уменьшается падение твердости при отпуске в области 300-400°С, то есть практически исключается возможность образования и коагуляции цементита в быстрорежущие. сталях.

7. Сравнительные стойкостные испытания инструментов прешедших двухступенчатую закалку показали, что в первом случае стойкость инструмента в 1,5-2,5 раза выше. Уточненный экономический эффект от внедрения нового способа термической обработки па Минском мотовелооаводе, Кутаисском автозаводе и на Казанском вертолетном производственном объединении и КАПО составляет в сумме более С00 тыс.рублей в год.

Основное содержание диссертации опубликовано в следующих работах:

I Сулейманов U.M., Искендеров А.И., Байрамов Ч.Г., Ибрагимов Ю.Н. Новий подход к упрочнению легированных инструментальных сталей. В кн : Тезисы докладов республиканской конференции "Пути повышения надежности, долговечности соединений типа "вал-Етулка" и инструмента", Баку, с. 17-18.1980.

2. Сулейманов U.M., Ибрагимов Ю.Н. Влияние способа закалки на свойства режущих инструментов из быстрорежущих сталей".

Ь кн : Тезисы докладов республиканской конференции "Пути повышения эффективности металлообрабатывающего инструмента. Баку, 1988, с.22-24.

3. Расулов М.Б., Керимов P.A., Ибрагимов D.H., Камедов P.P.) Оптимизация режимов двухступенчатой закалки методом математического планирования. В кн.: Тезисы докладов республиканской конференции "Пути повышения эффективности металлообрабатывающего инструмента", Баку, 1988, с.24-25.

4. A.c. 797244 (СССР) МКИ3 С21Д 1/78. Способ термической обработки инструментов из быстрорежущих сталей (Г.М. Абдулаев, М.Г.Шахтахтинский, Ю.Н.Ибрагимов и др.) Опубл. 07.01.80. Еюл. № 12, - 4 с.

5. Сулейманов Н.М., Ибрагимов Ю.Н. Ступенчатая изотермическая закалка режущих инструментов из быстрорежущих сталей. Пятый республиканский семинар "Разработка, производство и применение инструментальных сталей". Запорожье 20-23 мая 1987 г.. с.8.

Заказ'тУлгу Объем / п.л. Тираж 100 экз. Типография ЭОЗ МИСиС, ул.Орджоникидзе 3/9