СЛЕСАРНО-МОНТАЖНЫЙ РУЧНОЙ ИНСТРУМЕНТ И СПОСОБ ТЕРМИЧЕСКОЙ ОБРАБОТКИ ИНСТРУМЕНТА
HAND TOOL AND METHOD FOR THERMAL TREATMENT OF TOOL

Изобретение относится к области машиностроения и термической обработке при изготовлении слесарно-монтажного ручного инструмента. К слесарным относятся инструменты для рубки, разрезания, опиливания, разметки, клеймения. Эти работы связаны с отделением одной части металла (заготовки) от другой - разделительные операции, отделением стружки или пластическим деформированием обрабатываемых заготовок. Инструменты для выполнения этих операций должны обладать высокой твердостью - 52-64 HRC.
Для операций рубки, разметки, клеймения используют инструменты с твердостью 54-60 HRC. Это зубила и крейцмессели (рубка), бородки (пробивка отверстий), чертилки, циркули и кернеры (разметка), клейма.
К монтажным инструментам относятся отвертки, гаечные ключи, рычажно-губочный инструмент (плоскогубцы, круглогубцы, пассатижи, кусачки). Эти инструменты (за исключением кусачек) не используют для резания или деформирования металла, поэтому их твердость может быть ниже, чем у слесарных. При работе инструмента необходимо обеспечить только сопротивление смятию рабочих поверхностей, контактирующих с обрабатываемыми заготовками. Достаточная твердость для этих инструментов 40-52 HRC.
Гаечные ключи повышенной точности должны иметь твердость 44-50 HRC, а нормальной точности - 40-45 HRC.
Отвертки должны иметь твердость 48-52 HRC.
Твердость рабочих поверхностей плоскогубцев, круглогубцев, пассатижей - 44-50 HRC, кусачек - 56-60 HRC.
Таким образом, для слесарно-монтажного инструмента можно выделить следующие необходимые уровни твердости:
- 54-60 HRC - инструмент для рубки и разметки, а также кусачки;
- 48-52 HRC - отвертки;
- 40-50 HRC - гаечные ключи и рычажно-губочный инструмент (пассатижи, круглогубцы, плоскогубцы).
Известны слесарно-монтажные инструменты и способ термической обработки инструментов, изготовленных из инструментальных углеродистых (У7, У12) и низколегированных сталей (7ХФ, 8ХФ), а также конструкционных сталей (40ХФА), подвергнутых термической обработке, обеспечивающей необходимые механические свойства. К таким инструментам относятся, например: зубила (ГОСТ 7211-86), крейцмессели (ГОСТ 7212-74), бородки (ГОСТ 7214-72), чертилки и циркули (ГОСТ 2474-80), кернеры (ГОСТ 7213-72), клейма (ГОСТ 25727-83), гаечные ключи (ГОСТ 2838-80), отвертки (ГОСТ 17199-88), плоскогубцы (ГОСТ 5547-93), круглогубцы (ГОСТ 7283-93), пассатижи (ГОСТ 17438-72), кусачки (ГОСТ 28037-89). Эти стали не обладают коррозионной стойкостью, защита от коррозии достигается нанесением лаковых покрытий. Защитное действие этих покрытий недолговечно, они стираются при эксплуатации с рабочих частей инструмента, вследствие чего возникает коррозия.
2
Наиболее близким аналогом является известный слесарно-монтажный ручной инструмент и способ термической обработки инструмента, изготовленный из хромистых коррозионностойких сталей мартенситного класса с шлифованной и полированной поверхностью, подвергнутый закалке и отпуску, имеющий твердость 45…60 HRC, ударную вязкость KCU 19…30 Дж/см и структуру с размером зерна не менее 9 баллов и количеством остаточного аустенита не более 20%.
2
Способ термической обработки слесарно-монтажного ручного инструмента из хромистых коррозионностойких сталей мартенситного класса с шлифованной и полированной поверхностью включает нагрев до 1000…1080°С, охлаждение и отпуск при 200…500°С с обеспечением твердости 45…60 HRC, ударной вязкости KCU 19…30 Дж/см и структуры с размером зерна не менее 9 баллов и количеством остаточного аустенита не более 20% (RU 2354717 C1, C21D 9/22, опубл. 10.05.2009 г.).
Использование известной группы изобретений упрощает традиционную технологию изготовления инструмента, исключив все операции по нанесению лаковых покрытий, а также повышает долговечность инструмента.
Техническим результатом заявленного изобретения является возможность использования титановых сплавов для получения слесарно-монтажного ручного инструмента. Его применение позволяет снизить вес по сравнению со стальным инструментом при равной прочности, изготавливать специальный инструмент - немагнитный, хладостойкий; повысить надежность монтажного инструмента.
3
Уменьшение веса инструмента примерно в 1,5 раза и облегчение условий труда достигается за счет меньшей плотности титановых сплавов по сравнению со сталью - 4,5…5,5 и 7,8 г/см, соответственно.
2
Титановые сплавы парамагнитны, это позволяет использовать инструмент в специальных целях, например при разминировании. Низкий порог хладноломкости титановых сплавов позволяет эксплуатировать инструмент при весьма низких температурах. Так, при температуре -70°С ударная вязкость KCU стали 40ХФА составляет 55, а для титановых сплавов 200…400 Дж/см.
Повышение надежности монтажного инструмента достигается за счет высоких фрикционных свойств титановых сплавов. Коэффициент трения в паре «сталь - титан» 0,5…0,6, а в паре «сталь - сталь» - не более 0,3. Это исключает возможность или снижает вероятность проскальзывания при зажиме заготовки или детали монтажным инструментом.
Для изготовления инструмента согласно изобретению используют двухфазные титановые сплавы. Их структура состоит из фазы с гексагональной плотноупакованной кристаллической решеткой (фаза α) и фазы с объемно центрированной кубической решеткой (фаза β).
Выбор сплавов обоснован тем, что только двухфазные сплавы можно упрочнить за счет термической обработки для получения необходимых механических свойств - твердости, предела прочности и ударной вязкости.
2
Для достижения технического результата слесарно-монтажный ручной инструмент выполняют из двухфазных титановых сплавов, структура которых в отожженном состоянии состоит из фазы α с гексагональной плотноупакованной кристаллической решеткой и фазы β с объемно центрированной кубической решеткой, с обеспечением после закалки и старения твердости 40…55 HRC, предела прочности при растяжении 1100…1800 МПа и ударной вязкости KCU - 200…400 Дж/см.
2
Для достижения технического результата способ термической обработки слесарно-монтажного ручного инструмента из титановых сплавов, структура которых в отожженном состоянии состоит из фазы α с гексагональной плотноупакованной кристаллической решеткой и фазы β с объемно центрированной кубической решеткой, включающий нагрев инструмента до 700-1000°С, охлаждение в воде, старение при 400-650°С с обеспечением твердости 40…55 HRC, предела прочности при растяжении 1100…1800 МПа и ударной вязкости KCU - 200…400 Дж/см.
Примеры осуществления способа
2
Пример 1. Изготавливают гаечный ключ повышенной точности из сплава ВТ3-1 со структурой в отожженном состоянии (α+β). После получения необходимой формы гаечный ключ подвергают термической обработке: закалке от 920°С с охлаждением в воде и последующему старению при 520°С, 10 ч. В результате получают предел прочности 1510 МПа, твердость 45 HRC, ударную вязкость 238 Дж/см.
Пример 2. Изготавливают пассатижи из сплава ВТ22 со структурой в отожженном состоянии (α+β). Губки пассатижей подвергают закалке в воде от 750°С и последующему старению при 500°С, 16 ч.
2
Получают предел прочности 1480 МПа, твердость 43 HRC и ударную вязкость 264 Дж/ см.
Пример 3. Изготавливают отвертку из сплава ВТ15 (псевдо - β) со структурой в отожженном состоянии, состоящей из фазы β и небольшого количества фазы α. Подвергают отвертку термической обработке: закалке в воде от 800°С, старению при 450°С, 20 ч, получают твердость 48 HRC.
Использование заявленного инструмента и способа его обработки позволяет снизить вес инструмента, проводить работу в особых условиях, например при низких температурах, а также долгосрочно эксплуатировать инструмент при сохранении его эксплуатационных свойств в агрессивных средах.