СПОСОБ КОМБИНИРОВАННОЙ ОБРАБОТКИ ИЗДЕЛИЯ ИЗ БЫСТРОРЕЖУЩЕЙ СТАЛИ
METHOD FOR COMBINED PROCESSING OF PRODUCTS FROM FAST CUTTING STEEL

Изобретение относится к области комбинированной химико-термической обработке, и может быть использовано в машиностроении для повышения надежности и долговечности изделий, изготовленных из быстрорежущей стали.
Известен способ химико-термической обработки деталей из конструкционных сталей (RU 2358019 C21D 1/78, С23С 8/22 23.10.2007), включающий цементацию при температуре 920-940°С, после которой дополнительно проводят высокотемпературный отпуск при 640-680°С, закалку осуществляют при температуре 980-1000°С, а промежуточный отпуск - при температуре 500-520°С, по крайней мере, два раза.
Недостатком аналога является высокая энергоемкость процесса, связанная с многократным высокотемпературным нагревом детали из конструкционной стали.
Известен способ обработки изделий из инструментальных заэвтектоидных сталей (RU 2349651 C21D 9/22, C21D 6/04, C21D 1/78 20.03.2009), включающий предварительную подготовку структуры стальных изделий, предварительную закалку, средний отпуск на температуру 400-480°С, нагревом под окончательную закалку, после чего идет обработка холодом при -70°С и низкий отпуск 100-120°С.
Недостатком аналога является высокая длительность процесса термообработки.
Известен способ комбинированной химико-термической обработки деталей из теплопрочной стали (RU 2606683 С23С 8/34 16.12.2015), включающий предварительную термическую обработку путем нормализации при температуре 950°C с охлаждением на воздухе, высокого отпуска при температуре 650°C с выдержкой 3 часа, охлаждение на воздухе, закалки в масле при температуре 960°С, повторного высокого отпуска при температуре 660°C с выдержкой 3 часа, проведение вакуумной цементации при температуре 940°С, последующей обработкой холодом и газовым азотированием при температуре 480°С.
Недостатком аналога является высокая длительность процесса из-за использования поэтапного отпуска и использования газового азотирования.
Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату к заявляемому является способ комбинированной химико-термической обработки деталей машин из теплостойких сталей (RU 2532777 С23С 8/38, С23С 14/06, 10.11.2014),включающий нормализацию при температуре 950°С, высокий отпуск при температуре 670°С, закалку от температуры 1010°С, циклическую цементацию деталей, последующую обработку холодом при температуре -70°С, трехкратный отпуск при 510°С, и ионное азотирование в диапазоне температур 480…500°С.
Недостатками прототипа являются высокая длительность процесса, большая энергозатратность.
Задачей, на решение которой направлено предлагаемое изобретение, является сокращение длительности химико-термической обработки изделия и повышение энергоэффективности.
Технический результат - уменьшение содержания остаточного аустенита, повышение прочностных характеристик и трибологических свойств изделий из быстрорежущих сталей.
Данная задача решается, а технический результат достигается тем, что в заявленном способе комбинированной химико-термической обработки, который включает нагрев изделия до температуры 950°С, последующую закалку, обработку холодом при температуре -70…-80°С и последующее ионное азотирование, согласно изобретению ионное азотирование осуществляют с выдержкой 5-6 ч. при температуре 400-600°С.
В отличие от прототипа, в заявленном изобретении используют ионное азотирование с выдержкой 5-6 ч при температуре 400-600°С вместо трехкратного отпуска с выдержкой 10±1 ч., сокращают время на обработку детали с 10±1 ч. До 5-6 часов.
Пример конкретной реализации способа.
Обрабатываемое изделие, нагретое до температуры t=950±50°С погружают в закалочную жидкость - масло (температура масла в момент погружения в нее изделий не должна превышать 20°С). Закаленное изделие погружают в холодильную камеру с температурой среды t=-70..-80°С на 30-40 минут. Промежуток между закалкой и началом обработки холодом не должен превышать 20 минут. По завершению обработки холодом изделие загружают в вакуумную камеру для дальнейшего ионного азотирования. Ионное азотирование проводят при Р=200 Па в смеси газов аргона, водорода и азота (50% Ar+15%Н2+35% N2) в течение 2 часов при температуре t=500°С. Обработку холодом проводят для максимально полного мартенситного превращения и исключения из фазового состава микрообъемов нестабильной аустенитной фазы.
Заявленный способ имеет следующие преимущества: возможность обработки конструкционных сталей, повышение прочностных характеристик стальных изделий за счет применения ионного азотирования, высокая технологичность процесса, экологическая чистота процесса за счет отсутствия вредных производственных выбросов в атмосферу.
Итак, заявленное изобретение позволяет сократить длительность химико-термической обработки изделия и повысить энергоэффективность, а также уменьшить содержание остаточного аустенита, что приводит к повышению прочностных характеристик и трибологических свойств изделий из стали.