Высоковольфрамовая литая быстрорежущая сталь с кобальтом

ИЗВЕСТИЯ

ТОМСКОГО ОРДЕНА ТРУДОВОГО КРАСНОГО ЗНАМЕНИ ПОЛИТЕХНИЧЕСКОГО ИНСТИТУТА имени С. М. КИРОВА

Том 96 1*01

ВЫСОКОВОЛЬФРАМОВАЯ ЛИТАЯ БЫСТРОРЕЖУЩАЯ СТАЛЬ

С КОБАЛЬТОМ

В. А. КАЩУК

Химический состав быстрорежущих сталей, предназначенных для изготовления кованого и катаного инструмента, определяется хорошей отжигаемостью и ковкостью их.

Между быстрорежущими сталями и твердыми сплавами существует разрыв как по химическому составу, так и по режущим свойствам. Этот разрыв можно было бы заполнить „сверхбыстрорежущими" сталями, если бы их не надо было ковать и отжигать [1].

При существующей технологии изготовления режущего инструмента (ковкой) невозможно применять новые высоколегированные быстрорежущие стали из-за их плохой отжигаемости и ковкости. При новой технологии изготовления (отливке) открываются большие возможности для применения высоколегированных сталей с более совершенными характеристиками [2].

Изготовление сталей и исследование их в литом состоянии

В настоящей работе производилось легирование высоковольфрамовой быстрорежущей стали, содержащей 24% вольфрама, кобальтом в широком интервале концентрацией (до 21%) с целью выявления сталей с высокими режущими свойствами.

Опытные стали выплавлялись в высокочастотной индукционной печи. Тигель, емкостью 2 кг, имел кислую футеровку. В качестве шихты использовались заводские отходы стали Р18, ферросплавы и специально приготовленный высокоуглеродистый чугун. В раскисленную алюминием (0,1%) опытную сталь для измельчения структуры добавлялся титан (0,22%). Титан вводился в виде ферротитана.

Отливались пластины сечением 8Х 15 мм. под давлением на центробежной машине в металлические формы (кокили).

Химический состав исследованных сталей приведен в табл. 1.

Микроструктура плавки № 1 состоит из темной и светлой составляющих и карбидов (фиг. 1).

Данные микроанализа и твердости позволяют считать, что светлая составляющая является мартенситом и аустенитом, а темная составляющая—продуктами слабо легированного аустенита, распадающегося ыше температур мартенситного превращения.

Таблица 1

№ плавки Содержание элементов в %

С XV Сг V Со

1 1,62 24,39 4,91 5,15 —

2 1,63 24,33 5,00 5,11 5,72

3 1,63 24,36 5,01 5,25 9,54

4 1,64 24,55 5,09 5,09 14,68

5 1,61 24,42 4,85 5,11 21,20

< В литом состоянии исследовалась твердость и микроструктура сталей. Значения твердости Н/х>^ приведены в табл. 2.

Таблица 2

№ плавок 1 1 ! 2 ! 3 4 5

Твердость, Нп 53,0 67,0 67,0 64,5 63,0

Микроструктура стали плавок № 2—5 слагается из аустенита, мартенсита и карбидов, причем эвтектические карбиды, сливаясь, образуют „скелетообразные" формы (фиг. 2 и 3).

В стали плавки № 2 карбиды „скелетообразной" формы развиты слабо. С увеличением содержания кобальта растет дендритная неоднородность стали, а карбиды „скелетообразной" формы занимают все больший объем.

Количество остаточного аустенита с увеличением содержания кобальта растет, а мартенсита уменьшается.

Отпуск опытных сталей

Так как в процессе охлаждения в металлических формах у сталей плавок № 2 — 5 происходит закалка, то термическая обработка этих сталей заключается только в операции отпуска.

Образцы всех плавок размером 8X15X25 мм подвергались трехкратному отпуску при 560°С с выдержкой 1 час, Такой режим отпуска широко применяется в практике термической обработки кованых быстрорежущих сталей. Значения твердости в процессе отпуска приведены в табл. 3.

Дополнительные отпуски при 560°С у стали плавки № 1 не повысили твердости выше 55,0 Н^ . Эта сталь не закаливается при охлаждении в металлических формах и не может быть использована в качестве режущего инструмента без полного цикла термической обработки, применяемого для кованой быстрорежущей стали.

Таблица 3

Твердость, Н^

Первый отпуск 560°С—1 час 54,0 67,0 68,0 66,0 | 66,0

Второй отпуск 560°С — 1 час 55,0 67,0 68,0 67,5 69.0

Третий отпуск 560*0—1 час 55,0 67,0 68,0 69,0 1 • 70,0

Фиг. 1. Микроструктура стали плав- Фиг. 2. Микроструктура стали плав-

ки № 1 после отливки, Х440. ки №3 после отливки, Х440.

Фиг. 3. Микроструктура стали плавки № 5 после отливки, Х440.

После закалки с 1290сС и трехкратного отпуска по 1 часу при 560°С образцы плавки № 1 повысили твердость до 65,5 .

Испытание режущих свойств

Испытание режущих свойств производилось на токарных резцах методом продольной обточки по стали 9ХС с твердостью 240 Нв при скорости резания 32 м/мин, глубине резания 2,5 мм и подаче 0,5 мм/об без охлаждения.

Из опытных сталей изготовлялись пластинки (8X15X28 мм) и механически закреплялись в специально изготовленной державке. Пластинки (резцы) затачивались по следующей геометрии:

передний угол у = 12°,

задний угол а=8°,

главный угол в плане ф=45"",

вспомогательный угол в плане срг = 15°,

радиус закругления носика г =0,5—1,0 мм.

За критерий стойкости принималась стойкость резцов из кованой стали Р18.

Соотношения стойкости резцов при испытании приведены в табл. 4.

Таблица 4

х„ ! Термическая обработка пластин № илавкн | перед испытанием Твердость, | Стойкость в %

Р18 кованая | Нормальная для кованой Р18 63,5 100

1 1 Закалка с 1290°С, отпуск трехкратный по 1 часу при 560°С 65,5 190

2 Без термической обработки Трехкратный отпуск при 560°С по 1 часу 67,0 67,0 330 520

3 Без термической обработки Трехкратный отпуск при 560°С по 1 часу 67,0 67,5 ) 420 810

4 Без термической обработки | 64,5 ! Трехкратный отпуск при 560°С по | | 1 часу } 69,0 480 1100

5 ; Без термической обработки Трехкратный отпуск при 560°С по 1 часу 63,0 450 70,0 1 1270

В результате проведенного исследования можно сделать следующие выводы.

1. При отливке в кокиль высоковольфрамовой быстрорежущей стали с кобальтом происходит ее закалка.

2. Увеличивая количество остаточного аустенита при закалке, кобальт усиливает дендритную неоднородность опытной стали.

3. С увеличением содержания кобальта в стали количество карбидов „скелетообразной" формы растет.

4. Необходимая термическая обработка литой в кокиль высоковольфрамовой стали с кобальтом—отпуск при 560° С.

5. Кобальт значительно повышает режущие свойства опытной стали.

ЛИТЕРАТУРА

1. Доб ровидов А. Н., Розенберг А. М. и Яковлев Г. М. Станки и инструмент, № 5. Литой режущий инструмент, 1Э47.

2. Тюте в а Н. Д. Известия Томского политехнического института, т. 6В, вып. 1, 1951.