СПОСОБ ПОВЫШЕНИЯ СТОЙКОСТИ МЕТАЛЛОРЕЖУЩЕГО ИНСТРУМЕНТА ИЗ БЫСТРОРЕЖУЩЕЙ СТАЛИ
METHOD FOR INCREASING HARDNESS OF METAL CUTTING TOOL MADE OF HIGH-CUTTING SPEED STEEL

Заявляемое изобретение относится к области обработки черных металлов, а более конкретно к повышению стойкости металлорежущего инструмента из быстрорежущей стали.
Быстрорежущие стали, такие как сталь Р6М5, обладают способностью сохранять высокую твердость и износостойкость при температурах 600°C и более (красностойкостью), что позволяет в 2-4 раза повысить скорость резания по сравнению с инструментальными сталями, не обладающими красностойкостью.
Их широко используют для изготовления всех видов режущего инструмента, предназначенного для обработки углеродистых и легированных конструкционных сталей, а также инструмента, работающего с ударными нагрузками.
Стандартная упрочняющая термическая обработка подобных изделий из данных сталей заключается в закалке с температуры 1220-1270°C, необходимой для получения в результате нагрева высоколегированного вольфрамом и молибденом аустенита, а после закалочного охлаждения - обладающего высокой теплостойкостью мартенсита и двух или трехкратном отпуске при температуре 550-570°C, вызывающем превращение остаточного аустенита в мартенсит и выделение дисперсных вторичных карбидов.
Износ режущей кромки инструмента в процессе эксплуатации происходит вследствие совокупности таких факторов, как повреждение режущей кромки, происходящее под действием механических и термических нагрузок, изнашивание вследствие сваривания под давлением инструмента и заготовки (адгезия), механическое изнашивание, представляющее собой отрыв частиц режущей кромки под действием внешних сил, а при значительных температурах и угорание материала режущей кромки (тепловое изнашивание). Стойкость обычно оценивается по износу режущей кромки инструмента.
Актуальной является задача повышения стойкости металлорежущего инструмента из быстрорежущих сталей и уменьшения, тем самым, расхода дорогостоящего инструмента, а также увеличения производительности труда.
1
Известен способ упрочнения изделий из углеродистых, легированных, высоколегированных, быстрорежущих сталей и твердых сплавов (см. патент RU 2100456 C1, 27.12.1997 г. Бюл. №36), включающий нагрев изделия до температуры (0,15-0,95) Ac, с последующим охлаждением под воздействием акустического поля, создаваемого газоструйным генератором звука, со звуковым давлением 160-180 дБ, частотой акустического поля 450-1500 Гц, при это изделие подвергают обработке холодом до отрицательной температуры, равной 0,5-2,0 температуры конца мартенситного превращения.
Основным недостатком данного известного способа является применение дополнительного нагрева, который создает значительный градиент температур по объему изделия, что приводит к поводке и растрескиванию, а также делает обработку сложной и дорогостоящей. К недостаткам можно отнести существенную трудоемкость способа, требующего быстрого помещения нагретых изделий в резонатор газодинамического генератора звука и потребность в размещении нагревательных печей вблизи генератора.
Наиболее близким по технической сущности к заявляемому изобретению является способ снятия остаточных напряжений на поверхности металлических изделий (см. патент RU 2458155 С1, 10.08.2012 г. Бюл. №22), принятый в качестве ближайшего аналога.
Снятие растягивающих остаточных напряжений на поверхности металлических изделий осуществляют за счет воздействия на них пульсирующего дозвукового воздушного потока, имеющего частоту 1130-2100 Гц и звуковое давление 120-140 дБ при комнатной температуре.
Основным недостатком данного известного способа является отсутствие повышения стойкости металлорежущего инструмента из быстрорежущей стали без обеспечения определенной минимальной продолжительности обработки пульсирующим дозвуковым воздушным потоком.
Перед заявляемым изобретением поставлена задача повысить стойкость металлорежущего инструмента из быстрорежущей стали.
Решение поставленной задачи достигается тем, что рабочую часть стандартно термоупрочненного металлорежущего инструмента из быстрорежущей стали подвергают воздействию пульсирующего дозвукового воздушного потока, имеющего частоту 1130-2100 Гц и звуковое давление 120-140 дБ при комнатной температуре в течение 10-20 минут.
Таким образом изобретение позволило получить технический результат, а именно: повысить стойкость стандартно термоупрочненного металлорежущего инструмента из быстрорежущей стали в 2-2,5 раза.
Заявляемое изобретение реализуется следующим образом:
Стандартно термоупрочненный металлорежущий инструмент из быстрорежущей стали помещают в рабочую камеру установки, где его рабочую часть подвергают воздействию пульсирующего дозвукового воздушного потока, имеющего частоту 1130-2100 Гц и звуковое давление 120-140 дБ при комнатной температуре в течение 10-20 минут. Меньшая продолжительность обработки не приводит к получению технического результата, а более значительная не вызывает дальнейшего повышения стойкости инструмента.
Так, обработка готовых сверл из стали Р6М5 диаметром 9,5 мм осуществлялась воздействием на их рабочую часть пульсирующего дозвукового воздушного потока в течение 15 минут без использования нагрева изделия.
Обработка осуществлялась по двум режимам. При первом режиме частота пульсаций воздушного потока составляла порядка 1130 Гц, а звуковое давление достигало значения 120 дБ.
Второй режим характеризовался частотой пульсаций порядка 1200 Гц и звуковым давлением до 130 дБ. При данном режиме существенно возрастает скорость газового потока без значительного роста частоты пульсаций.
Стойкость инструмента определялась по сравнительному износу режущей кромки.
Исследования показали, что при обработке по первому режиму стойкость инструмента выше в 2 раза, а при обработке по второму режиму - в 2,5 раза, чем у стандартно термоупрочненного.
Воздействие пульсирующего дозвукового воздушного потока позволяет инициировать процессы, соответствующие начальным стадиям распада мартенсита - выделение из него высокодисперсных карбидных частиц - дисперсионное твердение. Наличие значительного числа мелких карбидных частиц сдвигает процесс коагуляции карбидов, а следовательно и разупрочнение в область более высоких температур. Кроме того, можно предположить, что в ходе описанного воздействия на быстрорежущий инструмент происходит продолжение мартенситного превращения остаточного аустенита.
Данный способ позволяет применять обработку пульсирующим газовым потоком к режущему и другому термоупрочненному инструменту из быстрорежущей стали.
Таким образом изобретение позволило получить технический результат, а именно: повысить стойкость стандартно термоупрочненного металлорежущего инструмента из быстрорежущей стали в 2-2,5 раза.