автореферат диссертации по металлургии, 05.16.01, диссертация на тему:Исследование влияния отпуска в процессе закалки на свойства быстрорежущих сталей и стойкость малоразмерных инструментов

ШНИСЯКГГЗО ВЫСШЕГО И СРЕДНЕГО СЯЕЦШЫЮГО ОБРАЗОВАНИЯ РОЗСР

МОСКОВСКИЙ АВОШЕХАШЧЕСКИЙ ИНСТИТУТ

На прайм рукописи

ЕРЕМИН Анатолий Иванович

ИССЛЕДОВАШ ВЛИЯНИЯ ОТПУСКА В ПРОЦЕССЕ ЗАКАЛКИ НА. СВОЙСТВА БЫСГРОРЕЙУЩИХ СТАЛЕЙ И СТОЙКОСТЬ МАЛОРАЗМЕРНЫХ ИНСТРУМЕНТОВ

Специальность 05,16,01 - Металловедение и термическая

обработка металлов

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации-на соискание ученой степени кандидата технических наук

Москва - 1990

Работа выполнена на кафедре "Цеталловедение и химия" Уоскобокого стаккоинсгруыентального института

Шучный руководитель: доктор технических наук, профессор

Кремнев Л.С, Официальны© оппоненты: доктор технических наук, . главный научный, сотрудник Зикеев В,Н.,

кандидат технических наук, ведущий научный сотрудник Зайцев И.Ф.

Ведущее предприятие: Московский орденов Трудового Красного

Знамени и Октябрьской ревоявции завод резкущих инструментов "Фрезер" §шенн Ы.И.Калинина

Защита состоится -¿51Х. 1930г. на заседаний Спещ1ализиро-ванного Совета К.053.49.02 по прйсувдснк» ученой степени кандидата яехничэасих каук по специальности 05.16.01 "Нетаяловвдвние и термическая обработка металлов" в Московской автомеханическом институте по адресу: г.Ыоек&а, Б.Семеновская ух.,28.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Московского автомеханического института.

Автореферат разослан 1990г.

Ученый секретарь Спёцкалпэироцшшого Совета, кандитат технических наук,

доцент - \ Зуев В.М.

{

I

3 -

/ 0Б1ДАЯ ХАРАН ГЕРИСГИКА РАБОТЫ

^кууо^ьтсть теиы. Одной из г л а вши тенденций развития современного точного приборостроения является: широкое применение труднообрабатываемых конструкционных материалов с повышенной прочностью, твердостью, вязкостью - таких как аустенитнце, жаропрочные и нерка-вощив сплавы на основе нелеза, никеля, титана и других компонентов.

Широкое применение станков с числовым программным управлением (ЧПУ), сташсов-автоиатов, эффективность которых во многом зависит от надежности и качества металлорежущего инструмента.

Режущие свойства инструментов существенно зависят от свойств инструментальной стали. Основные свойства, дрявде всего твердость «I геплостойкость, зависят от:

1) твердости основы - отпущенного ыартенеита;

2) объемного количества, характера распределения и свойств дисперсных карбидов типа Н^О, ' /прочкящюс сталь',

3) количества остаточного аустенита.

Кроме того, к основным свойствам быстрорексущей стали относяг-ся её прочность и ударная вязкость. Эти свойства во многом зависят от внутренних напряжений, возникающих при закалке инструментов, главным образом, в результате.объемных изменений при превращении аустенита в мартенсит, а, также вследствие неодинаковой скорости охлаждения по объему:инструментов (термические напряжения). На перечисленные факторы возможно успешновоздействовать.термической*обработкой. Для большинства инструментов;, особенно малых размеров., актуальна общая цель - обеспечение,повышения свойств стали и стойкости инструментов 8 сочетании с минимальной деформацией, Уменьшение шч .регламентация величины объемных ;и,чиенений может в достаточной мере решить эту задачу.. '' ...

о

- л -

Цель исследования. Цель настоящего исследования состоит в • разработке режимов термической обработки для уменьшения деформации малоразмерных инструментов, повышения свойств быстрорежущих сталей, стойкости инструментов и сокращения продолжительности их термической обработки.

Для достижения этой цели необходимо было решить следующие задачи:

установить причины преидевременного выхода из строя малоразмерных режущих инструментов;

изучить кинетику превращения аустенита и свойства стали после её охлаждения до температуры вшш цеховой, но ниже температуры ^ при закалке, т.е. определить влияние фазового наклепа остаточного аустенита и температуру отпуска, на распад остаточного аустенита;

определить влияние температуры и времени ввдержки при такой обработке, названной нами 0ПЗ( отпуск в процессе закалки) на изменение температур начала и конца вторичного маргенситного превращения С м^

определять оптимальные режимы закалки с ОПЗ для быстрорежущих ста_лей, температуру охлаедащих сред и время ввдержки в них, количество и температуру последующих отпусков, обеспечивающих наиболее высокий уровень свойств, минимальную деформацию инструментов', ..

на основании полученных результатов исследования разработать и Бцдать рекоыевдация по теркичесхой обработке иалорештршж инструментов ; ... .

изготовить и термически обработать по различным режимам инструменты , провести их испытания в лабораторных и заводских условиях;

• внедрить в производство разработанные режимы термической обработки.

Научная новизна. Установлено, что фазовыЯ наклеп остаточного аустенита, возникающий при первичном мартенситом превращении теплостойких сталей, существенно инициирует его превращение з мартенсит, в результате последующего отпуска при 600-б30°С.

Показано влияние процесса рекристаллизации при отпуске бОО-бЗО°С на болеэ эффективное превращение высокоуглеродистого остаточного аустенита в мартенсит при температуре вше цеховой.

Установлена новая кинетика фазового превращения при термической обработке теплостойких сталей, заключающаяся в том, что закалка с охлаждением ниже температуры Мн, но вьшо цеховой и последующий отпуск в процессе закалки (ОПЗ) при 600-630°С предотвращают образование высокоуглеродисгого мартенсита.

Практическая ценность. I. На основании установленных научных положений разработан способ термической обработки быстрорежущих сталей - ОПЗ, применение которого позволяет достигать более высокие механические свойства, уменьшить деформацию инструментов и сократить продолжительность процесса их термической обработки.

2. В результате выполненных исследований разработаны новые режимы термической обработки:

а) закалка с ОПЗ при 600-630°С(10-30)мин, дополнительный отпуск при 560°С 1ч, I раз;

б) непрерывный режим термической обработки, включающий ступенчатое охлаждение при 600-630°С во время закалки, охлаждение до температуры 80-200°С, выдержку, нагрев до 600-630°С, выдержку 10-20 минут, охлалщение до температуры ниже ^ на Ю°С, нагрев для окончательного отпуска при 560°С 1ч, I раз или до температуры ОПЗ с выдержкой 10-20 минут. -_'.'.■

Режимы, указанные в пп. а,б обеспечивают повышение свойств

( Ci1 изг, КС) на 20-ЗСЙ и сокращают время термической обработки в ' 1,5 - 3 раза по сравнению со стандартными режимами для сталей 1Ш5ЙХЕ, Р6М5, РШ5ФЗ, Р6М5К5, РШ4К8, PIS;

в) закалка с ОПЗ при 500°С 30 мин и отпуск при 560-590ûC 1ч, 2-4 раза уменьшает возможность образования треаущ, особенно сварных инструментов.

Все разработанные режимы термической обработки уменьшают деформацию инструментов по сравнению со стандартными.

3. Новые режимы термической обработки внедрены в производство.

4. Стойкость инструментов из сталей I1Ы5ФЮСБ, Р6М5, Р6М5ФЗ, Р6М5К5, P95I4K8, PI8 после новых режимов обработки превышают стойкость аналогичных инструментов после'стандартной обработки при фрезеровании, сверлении сплавов 36HXTD, ХН70Ю, стали I2XI8H9T в 1,5 - 2,2 раза.

5. Преимущества предложенных в работе способов термической обработки (ОПЗ) наиболее существенны в случае применения для малоразмерных инсрументов из быстрорежущих сталей с повышенным содержанием углерода. -

Апробация работы. Материалы диссертации докладывались на расширенном заседании кафедры Металловедение и химия" Мосстанкина в 1979 - 89 гг.

По результатам исследования опубликовано 5 статей. На два способа термической обработки получены авторские свидетельства И101459 и £1496282, а на две заявки: 4341971/02 и 4341972/02 получены положительные заключения на вьдачу авторских свидетельств.

Объем работы. Диссертация изложена на 169 страницах машинописного текста и состоит из введения, 6 глав с 29 таблицами и 35 рисунками, основных выводов, списка литературы из 117 наименований и приложения на 15 листах.

МАТЕРИАЛ И 1ЕТ0ДЖА ПРОВЕДЕНИЯ ЭКСПЕРЖНТАЛЬНЫХ

иссвдовагий

Исследование проводили на образцах и инструментах, изготовленных из сталей промышленных плавок, химический состав которых приведен р табл. I.

Таблица I

Химический состав исследованных сталей, %

Сталь

?6М5...........

Р6М5ФЗ

Р6М5К5

Р9М4К8

ПМ52ЮСВ

Р18

С

0,35" 1,05 0,83 1,1 1,1 ■ 0,73

VI 6,1" 6,0 6,5 9,3

Ко ; Сг- V

.....!...............

5.3 ; 4,2 ! 1,9

,1

, I

5,0 ; 3,9 | 2,4

5.4 ' 4,0 13,1

Со" ]" А ГГ

... ^-------и

5,1 |

4,1 , 4,2 | 2,2 8,2 I .

; | I ' | | 5,1 ! 4,0 ! 1,5 ! - | 1,0 . 0,7 ; 0,2

' 1 I I ! : 1

__............. 17,8 : 0,9 ; 4,1 | 1,3 ; | | |

Образцы и инструменты после нагрева для аустенитиоации от принятых температур охлаждали в индустриальном масле с температурой 20, 50, 80, 100, 140°С. Продолжительность выдержки в масле была 1,3, 20, 30, 60, 120 минут. Последующий нагрев выполняли в электрической печи или в селитровой ванне, а также а ванне с солью ВК при температурах 350, 400, 500, 350, 600, 650°С. Выдержку устанав ливали от I до 60 минут. Дальнейшее охлаждение производили на воздухе или в масле. Отпуск выполняли при температурах от 350 до 650°С через каждые 20-30°С. Выдержку устанавливали от 10 до 120мин. Твердость измеряли на приборах ТК М- 250 на 3-5 образцах для каждого режима или непосредственно на инструментах. Прочность определяли на образцах размером 6x0x60 мм. Испытание проводили по схеме сосредоточенного изгиба со сюрсстьп кагруж;ьпя «0-120 МНа/с.

О

о

- 8 -

Ударную вязкость определяли на копре Ш-30 с работой разрушения ПО Ш на образцах 10x10x55 ш без надреза..

Определение теплостойкости производили путем измерения твердости по Роквелду после нагрева в течение 4-х часов при температуре 600 , 625, 650°С.

Обезуглероживающую активность соляных ванн определяли методом остроугольных образцов.

Удельное электросопротивление* и коэрцетивную силу измеряли на баллистической установке.

Электрокш-мижросзюпический и рентгеяоструктурный анализ выполняли на элекрояяом микроскопе м на растровом микроскопе РЭМ-100.

Исследовали форму, размеры карбидных ввдедений и морфология мартенсита. Фазовый состав стали определяли с помощью установки ДР0Н-УИ1.

Определение внутренних напряжений после различных режимов термической обработки определяли на кольцах переменного сечения(рисЛ)

6

Бис Л Кольцо переменного «сечения

Кольца размзчаля алмазный наконечником на приборе Вшшерс. Эгпочатки наносили на плоскую поверхность большего сечения кольце,* на равных расстояниях относительно оси симметрии. Расстояние-между централи отпечатков измеряли на микроскопе УШ-21 до и после разрезки колец. По изменении расстояния меяду отпечатками качественно характеризовали величину напряжений. Кроме того, определяли: величину напряжений на установке ДР0Н-УМ1 до и после разрезки колец.

Съемку производили с тонкой части колец. Дефектный слой (50 ыки) с поверхности колец удаляли злектрополировкой.

Содержание углерода, колк^ес?ао аустенита и идентификация)-карбидных фаз осуществляли на образцах 10x15x5 на ДР0Н-УМ1.

Определение изменения размеров проводили на образцах- (см. рис. 2).

См

«3 ' «

«я

Т1

Прцт«нТ1>

Рис.2 Образец для определения изменения размеров

Измерения длины образцов выполняли а одной точке вершины (по риске) до и после термической обработки. Погрешность измерения составляла 0,С02£. Эти образцы использовали такяге для определения вязкости.

Горячую твердость определяли на установке ИШ1-9 во ВНШсгалк.

Режущие свойства сверл и концевых фрез определяли при обработке деталей из сплавов 36НХТЮ, Х1Г7СЮ до и после термического упрочнения на 30-40 НРС и 24-34 НЕС соответственно,

о

Фрезами обрабатывали детали на станках ЧПУ и на универсальных станках. Стойкость инструментов определяли по количес-тву обработанных деталей в одинаковых условиях резания. Метчиками нарезали резьбу в отверстиях деталей из сплавов ХН70Ю, ЗбЕХТЮ, а также бериллия. Режущие свойства плашек определяли при нарезании резьбы на прутках из стали 14Х17Н2 твердостью 20-26 ННС.

ВЛИЯНИЕ УСЛОВИЙ ЗАКАЛКИ И ОТПУСКА НА МИКРОСТРУКТУРУ

И СВОЙСТВА БЫСТРОРЕЩЕЙ СТАЛИ

В этой главе проведен анализ причин брака и низкой стойкости инструментов после термической обработки.

Анализ причин преждевременного выхода из строя инструментов требует разработки и применения технологических процессов термической обработки, которые позволяют сникать внутренние напряжения от термических перепадов и структурных превращений с одновременным повышением механических.свойств быстрорежущей стали.

Кроме того, рекомендована разработка таких режимов закалки, которые обеспечивают стабильный, заданный уровень свойств стали в более широкой интервале выдержек от 10 до 30 секунд на мм диаметра или толщины инструментов.

Рассмотрены результаты влияния температуры и времени выдержки при нагреве под закалку на свойства быстрорежущей стали марок Р13, Р6М5, РбМИЗ, РШ4К6С после отпуска.

Было исследовано влияние температуры отпуска на свойства перечисленных выше быстрорежущих сталей и изготовленных из них инструментов после закалки по стандартным режимам, обеспечивающим зерно балла 10-12 Г0СТ5639-65.

Из результатов работы следует, что уменьшение температуры закалки на Ю-20°С позволяет получать стабильный размер зерна при более широком интервале выдержек (10-30с на мм диаметра) и обеспо-

чивает оптимальные свойства, что очень важно при закалке малоразмерных инструментов, устанавливаемых п приспособленки плотно друг к Яругу. Установлено, что повышение температуры отпуска более, чем на 20°С при вьдеряке I час, увеличивает количество образующейся фазы по сравнению со стандартным отпуском. Такую технологию отпуска целесообразно использовать для сталей с более высоким уровней механических свойств (Р6М5, Р&М553 и т.п.) после стандартной закалки.

Из других способов' термической обработки отмечаются ступенчатая и изотермическая закалки. В результате этих закалок после отпуска обеспечиваются высокие механические свойства при сохранении твердости и теплостойкости на уровне стандартных режимов. Следует однако, отметить, что обе закалки включают превращение высоксугле-родистого аустенита в мартенсит при низких температурах (ниже-г190°С/. Это вызывает повышенные напряжения и не позволяет получать более высоких механических свойств.

Рассмотренные выше способы закалки вызывает образование высокоуглеродистого мартенсита при низких температурах, что вызывает значительное повышение внутренних напряжений.

ИССЛЕДОВАНИЕ ВЛИЯНИЯ ОТПУСКА В ПРОЦЕССЕ ЗАКАЛХИССПЗ) НА ОСНОВНЫЕ СВОЙСТВА, МИКРОСТРУКТУРУ И ФАЗСВЬЙ СОСТАВ БЫСТРОРЕЖУЩИХ СТАЛЕЙ.

Известные методы термической обработки быстрорежущих сталей практически исчерпали резервы повышения проуностных свойств г. эксплуатационных характеристик инструментов. В связи с этим, особый интерес представляет изучение влияния процесса закалочного охлаждения во время мартенситного превращения, совмещенного с после,дующим нагревом под отпуск, названный нами ОПЗ (отпуск в пропев-

С • 4 ; | . ..; - 12 -

се закалки). 1

1, При рассмотренных способах закалки быстрорежущих сталей распад аустенита происходит при низких температурах: от температуры Мн и ниш цеховой. При охлаждении инструментов во время закалки до температуры ниже Мн объем стали значительно уменьшается.

. Одновременно аустенит начинает превращаться в мартенсит, что вызывает увеличение объема. Возрастают напряжения, которые приводят к образованию деформации и трещин в инструментах. Наиболее существенные напряжения возникают в быстрорежущих сталях с-повышенным содержанием углерода, например, в сталях Р9М4К6С, Р9У4К8,

Согласно современным представлениям рекомендуют охлаяедать быстрорежущие стали при'закалке до низких температур с целью более полного превращения остаточного аустенита в мартенсит. Такая тех- . нология термической обработки вызывает значительные напряжения и деформацию. Кроме того, установлено, что охлаждение даже до минус 196°С не обеспечивает полного превращения аустенита в мартенсит. Количество остаточного аустенита можно уменьшить в закаленной быстрорежущей стали многократным отпуском. Такой отпуск снижает легированность остагочного аустенита и поэтому повышает температуру начала и конца вторичного мартенситного превращения. При охлаж-денш стали до цеховой температуры (20°С) происходит более полное '. превращение остаточного аустенита в мартенсит, но в этом случае возникают значительные напряжения и Деформация инструментов. . ", Можно существенно уменьшить напряжения и деформацию, если из-кенить технологию;закалки и отпуска. Для этого необходимо осуществлять закалочное охлаждение до температуры 60-150°С, т.е. ниже .температуры ' но заметно вше с таким расчетом, чтобы в стали осталось 50$ аустенита. Это позволяет, во-первых, осу-

ществить превращение в мартенсит линь часть аустенита (~50Й и, во-вторых, именно ту часть аустенита, в которой содержание углерода наименьшее. То и другое обстоятельства уменьшают напряжения в быстрорежущей стали в сравнении с известными способами охлаждения при закалке. Была разработана технология такой обработки. При использовании метода математического планирования эксперимента эту технологию можно изобразить схемой, показанной на рис. 3.

Рис.3 Схема разработанных режимов термической обработки

Дилатометрические исследования образцов стали Р9М4К8 поело различных режимов термической обработки, в том числе, по схеме, показанной на рис. 3, представлены на рис. 4.

При охлаждении стали до 80°С длина образца ( а,следовательно, и объем) увеличивается ~ в 2 раза меньше, чем лри охлаждении до цеховой температуры (рис. 4, зависимости 1,2, ординаты ¿/„С'/^)-

Таблица 2

Свойства и изменение размероа стали Р9М4К8 после различных режимов термической обработки

; ; Температура ■ Твердость, нес, после Прочность 6W , ! Вязкость! Тепло

рэжи- ,спз °с изменение размера^мм, КС, СТОЙ-

. ма задержка закалки отпуска 560°С I ч МПа Дя/см КОСТЬ,

30 мин) I 2 - з НЕС

I ; 350 1 . 54 63 66 67 62

-0,02 +0,06 +0,03 +0,025

2 j 400 ' 55 64 66 67 62

.-0,02 +0,06 +0,025 +0,025

! 450 t 56 64 67 67 61

3 -0,02 +0,08 +0,015 +0,015

j 500 58 65 : 67 67 61

4 -0,01 +0,06 +0,01 +0,01

! 550 i 62 66 67 67 61

5 +0,08 +0,06 +0,01 +0,01

6 | 600 67 68 68 2900(i200) 26(±Г,5) 60

+0,18 +0,01 0

7 i 630 . i 1 67 68 68 зяххчбо) 25(i1,5) 59

j +0,18 1 +0,01 -0,005

Продолжение табл. 2

1 1 м Температура Твердость , НЕС, после Прочность| Вязкость Тепло-

! реди- 0ПЗ°С изменение размера.:* мм. bv.br, КС, стой-

| ца (выдержка закалки отпуска 560°С I ч ЫПа Дя/см2 кость

] 30 мин) I 2 3 нес'

1 : ^ • . 650 бб 67 67,

+0,17 +0,01 : 0 - 2800(±200) 24(± 1,5) 58

! ■ Закалка по 63 65 66 67

] 9 ГОСТ 19265, +0,08 +0,06 +0,01 0 2600(±200) 19(1:1,5) 59

1 охлаащение в

£ масле

1 1 Закалка по 63 67 67

1 ю ГОСТ 19265, +0,08 +0,08 +0,005 2700(±250) 16С±2) 53

I отпуск 630°С;- •

л (_— 20мин, 2раза

Примечания. I. За исходный размер взят размер отожженных образцов перед закалкой.

2. В круглых скобках значения доверительной погрешности при доверительной вероятности 0,95.

3. Закалка от 1220°С, охлаждение до 80°С.

После 0113 при 500°С 30 мин, указанное соотношение объемов остается без изменения даже после охлаждения до цеховой температуры (см. рис.4, зависимость 3). В этом случае отмечается минимальное изменение длины образца (см. габл.2, режим 4) и температура Ы^

Рис.4. Влияние режимов закалки на температуру мартенситног-о превращения стали Р9М4К8. 1,2,6 - закалка с температуры 1220°С*, з - опз 500°С; 4,5 - опз азо°с; о - выдержка 5 минут,. А - выдержка 15 минут, • - выдержка 30 минут', н - выдержка 60 минут

оказывается ниже цеховой , т.е. остаточный аустенит стабилизируется, а для более полного превращения его в мартенсит требуется выполнять отпуск при 560°С I .«ас, 3-4 раза.

При увеличения температури в аццержли 0113 возможно сущест-

венным образом повысить температуру вторичного мартвнситного превращения. При ОПЗ 630°С 30 минут температура Мн повышается до 380°С, а М^ до 190°С. Из вышеизложенного следует, что при определенных режимах ОПЗ (см. табл.3, режимы 1-4) температура конца вторичного мартвнситного превращения становится выше цеховой. При талой закалке обеспечивается более полное превращение аустенита в мартенсит, чем после стандартной обработки,

' ' . Таблица.3 '

. • . Температура мартвнситного превращения стали Р9М4К8 в зависимости от режимов ОПЗ. ' ■ ' \ ; •

п режимов Температура t , °С Бвдаржка, мин Температура tj, Ввдержка, . мин Температура,°С

,ч -Ч'

I 80 . 630 ,.т;з0 v>:;!' •380 . 190

2 80 ' Í .. eso,-,;:';; \ ",30 ■ • 380 . 190

3 80 •' 3 630 .330 90

4 100 . 3 ; 630 320 / 80

5 140 ' 3 , 630 ; ¡.-'эо 270- -

б 220 , ' 3 • - 600 С. зо ■ ■. 2Í5

7 220 . ' 3 600 60 230 Д' -

8 220 3 630 ■ 30 V' 250

9 300 3 630 . /''"б'•-, 190 -

10 300 • 3 630 30 210 , -

II 20 60. 600 30 330 100

12 20 60 560 60 270 и ........- -

'Это обстоятельство является очень важным, т.к. позволяет существенно сократить, продолжительность последующего отпуска, одна из главных целей которого при стандартной обработке быстрорежущих сталей состоит в более полном превращении остаточного аус-тенита в мартенсит.

Известный режим ступенчатой закалки с выдержкой при 630°С повышает температуру начала мартенситного превращения до 2Ю°С, т.е, на 60°С по сравнению с закалкой в масле (см.рис.4, зависимость 1,8), но температура Мк в этом случае находится ниже цеховой.

" Охлаждение стали при закалке ниже вызывает наклеп остаточного аустенита вследствие того, что образованный мартенсит имеет больший удельный объем. Это подтверждается повышением твердости аустенита стали РЭЛ4К8 с 360-380 Н при 300°С, когда отсутствует фазовый наклеп, до 620-660 Н при 100°С, когда имеет место фазовый наклеп. Установленная особенность характерна для других быстрорежущих сталей (см.рис.5),

Нагрев наклепанного аустенита для ОПЗ при б00-630°С вызывает его рекристаллизацию.. Процесс рекристаллизации существенно активи-

зируэт выделение углерода, что и обеспечивает более полное превращение остаточного аустенита в мартенсит за счет повышения температуры выио цеховой. При отсутствии рекристаллизации аустенита температура М^ повышается незначительно, а температура М^ оказывается ниже цеховой (см. рис. 5).

ВЫБОР ТШЕРАТУРЫ И ПРОДСШИШЬЮСТИ. ОТПУСКА ПОСЛЕ ЗАКАЛКИ С ОПЗ После закалки с ОПЗ 500°С 30 минут остаточный аустекит стабилизируется. В этом случае необходим отпуск при 560°С I ч 3-4 раза или при 590°С 1ч, 2 раза. После закалки с ОПЗ 600-630°С достаточен один отпуск при 560°С з течение I час.

Режимы ОПЗ для сталэй различных групп теплостойкости приведе-

ны в табл.4.

Таблица 4

Группа тсплосгой- Температура Выдержка,

! кости быстрорежу- СПЗ, °С мин 9

! щей стали ■

; пониженной, 600 ' 15-20

! типа РЗШ2 630 5-10

умеренной, 600 го-зо ;

типа Р6М5, ПМ5ФЮСБ ■ 630 ' 10-15 " |

повышенной, 600 35-40 1

типа Р6М5К5.Р9М4К8 630 20-30

Высокоступенчатая закалка имеет недостаток, который заключается з том, что правращэние аустенита о мартенсита происходит при достаточно низких темпэратурах ( нижа 2Ю°С для стали Р9М4К6), что вызывает существенные зкутреннио напряжения. Этот недостаток можно исключить, оели охлаждать инструменты до температуры, обеспичкваю-щей превращение ^ аустенита в мартенсит, т.о. так как ото рекомендуется при 0113= Температуру ступени и СИЗ можно совместить,

- го -

установив её б00-630°С. После выдергай при ОЯЗ 10-30 минут производить охлаждение до температуры на Ю°С ниже точки а еатем нагревать под отпуск, который проводить по рекомендациям, данным ранее выдержку после охлаждения при закалке до 80-200°С и после охлаждения до Мк - Ю°С при ОПЗ ыожяо использовать в значительном диапазоне: от I минуты до 24 часов без существенного изменения свойств.

ВЫЗОР ОПТИМАЛЬНОЙ ТЕХНОЛОГИИ ОТПУСКА

Применение разработанной теории термической обработки для ■ технологии отпуска обеспечит сокращение техпроцесса и уменьшает его энергоемкость. Для этого первый отпуск выполняют при 600- 630°0 с выдержкой, обеспечивающей заданные механические и оксплуатационные свойства. При последующем охлавдении температура М^ повышается значительно выше цеховой. Становится возможным йроиэбодить нагрей инструментов под следующий, окончательный отпуск с температуры М^ - 10°0 а не с температуры цеха, что существенно сокращает техпроцесс без снижения свойств. Такой отпуск назван непрерывным.

ИССЛЕДОВАНИЕ МИКРОСТРУКТУРА БЫСТРОРЕЖУЩИХ СТАЛЕЙ

ПОСЛЕ ИХ ТЕРМИЧЕСКОЙ ОБРАБОТКИ ПО РАЗЛИЧНЕЕ^ РЕЖИМАМ 'При закалке с низкотемпературным ОПЗ (500°С 30 мин) формируется необычная структура: хорошо просматриваются зерна, что характерно для закаленной по стандартным режимам быстрорежущей стали, но внутри зерен присутствуют отдельные пластины мартенсита. Следует считать, что пластины вторичного мартенсита, которые образованы после охлаждения с ОПЗ 500°С. Они яв вызывают существенного изменения объема стали и поэтому не фиксируются на дилмогрвмие,

Высокотемпературный ОПЗ 6ОО-630°С формирует мартенситные Пластины реечного строения. Такой мартенсит напоминает

ыартенсит конструкционных сталей и лохок на бейнит. При непрерывном режиме термической обработки форыи.-руется мартенсит с пластинами малых размеров.

ИССЛЕДОВАНИЕ ИЗЛОМОВ БЫСТРОРЕЖУЩИХ СТАЛЕЙ ПОСЛЕ РАЗЛИЧНЫХ РЕЖИМОВ ЗАКАЛКИ

Поверхность излома стали Р6М5 лосле высокотемпературного 0113 инееу значительно большее количество бороздок, чашек .и, следовательно, имеег увеличенную площадь поверхности, Такой излом характеризует большую вязкость стали в сравнении с изломами, полученными после других, рассматриваемых режиирв термической обработки.

Изменение характера изломов стали Р6М5 под влиянием термической обработки по различным режимам соответствуют уровню ударной вязкости и прочности этой стали, значения которых увеличиваются от 3700 ЦОа и ЗЗДж/см^ после стандартной термической обработки до 4000 МПа я 36 Дж/см^ после ступенчатого режима обработки и до 4600 МПа и 40 Дж/см^ после высокотемпературного ОПЗ,

ИЗУЧЕНИЕ «А30В0Г0 СОСТАВА КАРБЩОВ '

При термической обработке,, включаицей .ОПЗ,, образуется карбидная фаза аналогичного состава, что и яри стандартной обработке. При обработке, включающей высокотемпературный ОПЗ и непрерывный режим термической обработки образуется карбидная фаза в большем количестве. Это косвенно подтверждает величина удельного электросопротивления, которая минимальная в этих случаях, а также повышенная износостойкость инструментов.

ЛАБОРАТОРИОЕ ОПРОБОВАНИЕ И ПРОУЧЕННЫЕ ИСПЫТАНИЯ ИНСТРУМЕНТОВ ПОСЛЕ ТЕРМИЧЕСКОЙ ОБРАБОТКИ ПО ПРВДШБШШ РЖШ

Испытания показали, что стойкость метчиков М2х0,4 из стали P9M4KQ после непрерывного режима термической обработки к термической обработки, включающей высокотемпературный ОПЗ, превышает стойкость мутников после стандартных режимов в 1,6-1,8 раза при нарезании резьбы в деталях из сплава ХН70Э, и в 2-2,4 раза при обработке технического бериллия.

Отмечается повькзение стойкости инструментов после разрабо-т*1.Ш!!4У. режимов термической обработки по сравнению со стандартными ми: плашек М2-МЬ, концевых фрез и сверли из сталей PI8, Р6!Д5, при резании стали I4X17H2 (20-26ШС) и сплавов ХН70Ю, 36НШ.

РЕК0:,{Е!'ДА1;ИЛ ДО ГРЮН2НЙЮ НОВЫХ РЕЖИМОВ ■ЗЕРМРЕСКВЙ ОБРАБОТКИ

Разработанные режимы закалки с ОПЗ обеспечивают минимальную деформацию, повьшаят прочностные свойства и стойкость инструментов. Целесообразность использования каждого режима определяется конкретными задачами и требуемыми результатами, Например, для уменьшения деформации и вероятности образования трещин( в том число в сварных инструментах) целесообразен режим с низко-температурным ОПЗ и последующим отпуском при 560ÙC I ч, 3-4 раза или при 590°С 1ч, 2раэа.

Для уменьшения деформации, энергоемкости, повышения прочностных свойств и стойкости инструментов необходимо применять пакалку с высокотемпвратурнш ОПЗ и после,дующим отпуском при В60°С lu, I раз.

В перечисленных вшо сдучздх возможно применять непрерывный режим термической обработки. Этот режим обеспечивает писаную ста-

бильность размеров. Он целесообразен для инструментов с нешлифуе-мым профилем, измерительных инструментов, а такшз для червячных фрез "высокой точности.

При стандартной закалке инструментов для сокращения процесса термической обработки целесообразно производить непрерывный отпуск.

0С1ЮВШЕ ВЫВОДЫ '

1. Дополнена известная теория (С.С.ШтеЙнберга, А.П.Гуляева) распада остаточного аустенита быстрорежущих сталей в процесса

их отпуска. Установлено, что переохлаждение аустенита нияо температуры точки ^ является условием aro интенсивного распада с выделением карбвдов легирующих компонентов при последующем отпуск© 5б0-630°С и,как следствие - значительного повышения температур точек tíjj, Мк остаточного аустенита. Этот установленный факт объяснен тем, что рекристаллизация остаточного аустенита, наклепанного в результате мартенситного превращения, способствует его интенсивному распаду при отпуске,

2. На основании установлен«« теоретических положений, раз-.работами режимы термической обработки высоколегированных сталей,

которые позволяют повысить механические свойства быстрорежущих сталей, уменьшить деформации инструментов и сократить продолжительность процесса их термической обработки.

3.Разработаны режимы термической обработки, включающие два вида ОПЗ: (

низкотемпературный <при 500°С 30 минут),

высокотемпературный Спри 600-630t 10-30 минут).

Низкотемпературный ОПЗ ( для всех быстрорежущих сталей одинаковый^ требует последующего отпуска при 360°С 1 час 3-4 раза или же при S90°C Jusc, 2 раза. Этот ракш повшлог стойкость инструментов (67 1,5 до 2 рад), прочность,6'изг,на -"»IOÍ, ударную вязкость, КС, на -v Уменьшает возможность образования трещин яри заколке

инструмзктов ( s той числа сварных).

Установлены режимы высокотемпературного СТО для быстрорежущих сталей:

пониженной и умеренной теплостойкости, 600°С (20-30) минут,

повышенной теплостойкости, 630°С (20-30) минут. В обоих случаях требуется отпуск 560°С I ч, I раз.

Высокотемпературный ОПЗ обеспечивает повышение прочности, (?Jor на вязкости, КС, на сокращает продолжительность термической обработки в 1,5-2,5 раза и повышает стойкость инструментов в 1^-2,5 раза по сравнении со стандартным режимом обработки.

Разработан непрерывный режим термической обработки, совмещающий ступенчатую закалку с ОПЗ. Этот режим включает охлаждение от температуры закалки до 600-630°С, вьдержку 3-10 шнуг, охлаждение ниже температуры но выше цеховой, нагрев до температуры ступени 600-630°С, выдержку 10-20 мин , охлаждение ниже температуры Мн на^Ю°С, нагрев под отпуск. Режим повышает прочность, '^изг» на ~20$, вязкость, КС, на~ЗС$, повышает стойкость инструментов в 1,5-2,5 раза по сравнению со стандартным режимам.

4. Построены диграммы изменения температур Му, lí^ и уста-, новлены значения этих температур'посла различных режимов закалки

с ОПЗ для сталей Р944К8, РЩ5К5, Р6Ы5ФЗ, РШ5, 1Ы5ФШВ.

5. Показана возможность сокращения процесса термической обработки и увеличения механических свойств при стандартной закалке за счет исполъ'зошшя повышения температур выше цеховой при первом отпуске. В этом случае первый отпуск выполняют при 600-630°С , охлаждают" сталь: ниже температуры на Ю°С, затем нАгревавт для окончательного отпуска,'■:< - .;

6. Закалку с ОПЗ возможно использовать и для других сталей, например, для сталей X125Í, XI2SI и т.п.

7. Разработанные! режимы. ОПЗ внедрены на предприятиях

- 25 -

АП1Ю (г.Арзамас), ПО РЙЗ (г.Рамеяское), ПО "Знамя" (Полтава) РПКБ (г.Раменское).

Годовой экономический эффект более 30 тыо.рублей. ОСТШШ ШШШ даССЕРГЩШ 1ШЖЕПЫ В СЛЕЗДУЖЩ РАБОТАХ:

1. Крешев Л.С., Еремин А. Л,, Басаргин О.Б. Влияние отпуска в процессе закалки на свойства быстрорежущих сталей //МиТОМ.1989. Й5.С.24-30.

2. Креинев Л.О», Александрович Б.Л., Еремин А.И. Выбор быстрорежущих сталей и юс термической обработай для резаки« труднообрабатываема материалов // Сварка, термообработка, покрытия, МЛМИШШ, ЭЙД981, В1Ш.2.6.14-22.

3. Крайнев Л.С., Александрович Б.Я., Бремя» А.И. Выбор биетро-реяувах сталей и термической обработал янструшятоэ дая резшшг труднообрабатываемых штвряаяов // Обработка резаккем (технология, оборудование, инструмент) М.НИШШ.ЗИЛ681',вш,11С,20-23,

4. A.C. 1101459 ЖИ.С21Д9122. Способ термической обработки бнстрорегкущос сталей // Крешвв Я.С., 2решш А.И., Цш/кба С.С, СССР. Заявка 3384939 21 яю.82, Овублажеваяо 7.7.84.Ш #£9.0.157.

5. A.C. 1496282 МКИ.СЩ9/22. Способ термической обработки быстрорежущих сталей / Ереши АЛЬ, Крешвв Я.С., Umyms С.С, СССР, заявка 4322369/02'30 октж* ,87. Опуйлшошю 25.7.89.ШШ7. СЛ61.

Материалы диссертационной. заботы доиюшш од;

1. Расширенном заседаний к^да "Металловедение й химия" Московского станкоинструментвльяого Енегетута s I&70-Ö9 гг.

г.Москва, 10355, Вадковский переулок, тел. 289-61-73.

2. Семинара "Новые достижения в обл&йтл штаяяеведешл и термической обработки стали". РДЭГШ. т.Шш, W&V.