СПОСОБ ЦЕМЕНТАЦИИ БЫСТРОРЕЖУЩЕЙ СТАЛИ В ТВЕРДОМ КАРБЮРИЗАТОРЕ
CEMENTATION METHOD OF HIGH-SPEED STEEL IN HARD CARBURISER

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:
исп
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)≈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<sup>-6</sup> град<sup>-1</sup>
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
2. А.с. 939592 МКл. 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.