Способ термической обработки режущего инструмента из карбидсодержащих твердых сплавов
METHOD FOR THERMAL TREATMENT OF CUTTING TOOLS FROM CARBIDE-CONTAINING HARD ALLOYS

Изобретение относится к области машиностроения, преимущественно к способам термического упрочнения изделий порошковой металлургии, в частности к изделиям из карбидсодержаших твердых сплавов, применяемым для холодной и горячей механической обработки металлов и сплавов, например, резанием.
Известен способ термической обработки изделий из карбидсодержаших твердых сплавов с помощью закалки [Лошак М.Г. Прочность и долговечность твердых сплавов. - Киев: Наукова думка, 1984. - 218 с.], при котором температура закалки всегда выбирается ниже температуры эвтектики компонентов твердого сплава: монокарбида вольфрама и цементирующей кобальтовой связки. Недостатками известного способа являются малая степень упрочнения режущих пластин из твердых сплавов и низкая стойкость их к воздействию ударных нагрузок.
о
о
о
Наиболее близким к заявляемому способу является способ термообработки спеченного твердого сплава, включающий нагрев до 1200 С и охлаждение в масле, отличающийся тем, что, с целью повышения стойкости твердосплавного инструмента и упрощения способа, охлаждение проводят до температуры не выше 700 С, после чего осуществляют повторный нагрев до 1150-1200 С, выдерживают при этой температуре 2-3 мин и охлаждают в масле [Авторское свидетельство SU 1238890 заяв. 06.07.84, опубл.23.06.86.  Бюл. № 23. М.Т. Тихонов, А.Н. Кириллов, А.А. Долбещенков, В.Г.Мамаев (прототип)].
о
о
Таким образом, выбор оптимальной температуры нагрева 1200 С обусловлен тем, что при превышении этой величины увеличивается хрупкость твердого сплава и происходит выкрашивание режущей кромки, а при нагреве до температуры ниже 1200 С нет значительного повышения прочности твердого сплава. Недостатками известного способа являются:
- относительно малая степень упрочнения режущих пластин из твердых сплавов:
- низкая стойкость режущих пластин из твердых сплавов к воздействию ударных нагрузок.
Заявляемое изобретение направлено на увеличение степени упрочнения и стойкости к воздействию ударных нагрузок.
Техническим результатом предлагаемого изобретения является повышение стойкостных свойств карбидсодержащих твердых сплавов введением подогрева  перед окончательным нагревом и отпуском карбидсодержащих сплавов после повторного нагрева, что увеличивает стойкость карбидсодержащих твердых сплавов.
,
Техническая задача решается тем, что способ термической обработки  режущего инструмента из карбидсодержащих твердых сплавоввключающий закалку и отпуск спеченных твердых сплавов, отличающийся тем, что после спекания производят подогрев в соляной печи-ванне С-35 при температуре  800 ºС, выдержка 2 минуты, затем нагрев в ванне при температуре  1150 ºС, выдержка 4 минуты, с последующим охлаждением на воздухе, затем повторный подогрев в соляной печи-ванне С-35 при температуре  800 ºС , выдержка 2 минуты, затем окончательный  нагрев в ванне при температуре  1150 ºС, выдержка 4 минуты, с последующим охлаждением на воздухе  и отпуск в соляной ванне Н-495 при температуре  600 ºС в течении 30 минут однократно.
под
окон
н.
под
окон
н.
отп
под
окон
н.
под
окон
н.
отп
под
окон
н.
под
окон
н.
отп
под
окон
н.
под
окон
н.
отп
под
окон
н.
под
окон
н.
отп
под
окон
н.
под
окон
н.
отп
о
о
о
о
о
о
Для пояснения способа на фиг.1 показан внешний вид твердосплавных пластин Т15К6 с износом, увеличение 1:1, на фиг.2 показан график изменения твердости твердосплавных пластин Т15К6  в зависимости от температуры окончательного нагрева под закалку, на фиг.3 показана микроструктура твердого сплава Т15К6 после Т.=800ºС /2мин, Т. = 1100 ºС /4 Т.=800ºС /2мин, Т. = 1100 ºС / 4 Т=600С, 1560 НV, износ 0,16 мм., а – увеличение 640, б – увеличение 1280, на фиг.4 - микроструктура твердого сплава Т15К6 после Т.=800ºС /2мин, Т. = 1150 ºС /4 Т.=800ºС /2мин, Т. = 1150 ºС / 4 Т=600С, 1620НV, износ 0,1 мм., а – увеличение 640, б – увеличение 1280, на  фиг.5- микроструктура твердого сплава Т15К6 после Т.=800ºС /2мин, Т. = 1200 ºС /4 Т.=800ºС /2мин, Т. = 1200 ºС / 4 Т=600С, 1600 НV, износ 0,1 мм. а – увеличение 640, б – увеличение 1280,  на фиг.6 - микроструктура  излома твердого сплава после Т.=800ºС /2мин, Т. = 1100 ºС /4 Т.=800ºС /2мин, Т. = 1100 ºС / 4 Т=600С, 1560 НV, износ 0,16 мм., а – увеличение 640, б – увеличение 1280, на фиг.7 - микроструктура  излома твердого сплава Т15К6 после Т.=800ºС /2мин, Т. = 1150 ºС /4 Т.=800ºС /2мин, Т. = 1150 ºС / 4 Т=600С, 1620НV, износ 0,1 мм., а – увеличение 640, б – увеличение 1280, на  фиг.8 - микроструктура  излома твердого сплава Т15К6 после Т.=800ºС /2мин, Т. = 1200 ºС /4 Т.=800ºС /2мин, Т. = 1200 ºС / 4 Т=600С, 1600 НV, износ 0,1 мм. а – увеличение 640, б – увеличение 1280.
Способ осуществляют следующим образом:
После спекания твердосплавных платин марки Т15К6 проводили термическую обработку в следующей последовательности:
2
о
1. Пластины поместили в ванну подогрева 28% NaCl + 72 % BaCl для нагрева до 800 С в течение 2 минут.
2
0
2. Пластины переместили в ванну нагрева 100 % BaCl и выдержали 4 минуты, при температуре 1150 С.
3. Последующее охлаждение на воздухе.
2
о
4. Пластины поместили в ванну подогрева 28% NaCl + 72 % BaCl для нагрева до 800 С в течение 2 минут.
2
0
5. Пластины поместили в ванну нагрева  100 % BaCl и выдержали 4 минуты, при температуре 1150 С.
6. Последующее охлаждение на воздухе.
о
7. Отпуск при 600 С в течение 30 минут, однократно.
8. После термообработки проводили исследование свойств твердых сплавов марки Т15К6: измерение твердости, прочности при изгибе , микроструктуры (таблица1, 2 и фиг.2).
Таблица 1
Маркаматериала
Вид обработки
Твердость, HV
Предел прочности, МПа
Т15К6
Т<sub>под</sub>.=800ºС /2мин, Т<sub>окон</sub>.<sub>н.</sub> = 1100 ºС / 4 мин, с последующим охлаждением на воздухе, затем Т<sub>под</sub>.=800ºС/ 2мин, Т<sub>окон</sub>.<sub>н</sub> = 1100 ºС / 4 мин с последующим охлаждением на воздухе  и отпуск в соляной ванне Н-495 при температуре  600 ºС/ 30 мин.
1560
1600
Т<sub>под</sub>.=800ºС /2мин, Т<sub>окон</sub>.<sub>н.</sub> = 1150 ºС / 4 мин, с последующим охлаждением на воздухе, затем Т<sub>под</sub>.=800ºС/ 2мин, Т<sub>окон</sub>.<sub>н</sub> = 1150 ºС / 4 мин с последующим охлаждением на воздухе  и отпуск в соляной ванне Н-495 при температуре  600 ºС/ 30 мин.
1680
1820
Т<sub>под</sub>.=800ºС /2мин, Т<sub>окон</sub>.<sub>н.</sub> = 1200 ºС / 4 мин, с последующим охлаждением на воздухе, затем Т<sub>под</sub>.=800ºС/ 2мин, Т<sub>окон</sub>.<sub>н</sub> = 1200 ºС / 4 мин с последующим охлаждением на воздухе  и отпуск в соляной ванне Н-495 при температуре  600 ºС/ 30 мин.
1600
1714
Т15К6
Исходный
1450
1150
Характеристика исследуемых образцов после термической обработки в печах-ваннах  приведены в таблице 3.
Таблица 3
Т, ºС
Т15К6
Т<sub>под</sub>.=800ºС /2мин, Т<sub>окон</sub>.<sub>н.</sub> = 1100 ºС /4 Т<sub>под</sub>.=800ºС /2мин, Т<sub>окон</sub>.<sub>н.</sub> = 1100 ºС / 4 Т<sub>отп</sub>=600<sup>о</sup>С
Твёрдость увеличилась  на 7 %, предел прочности увеличился на 28%
Т<sub>под</sub>.=800ºС /2мин, Т<sub>окон</sub>.<sub>н.</sub> = 1150 ºС / 4 Т<sub>под</sub>.=800ºС /2мин, Т<sub>окон</sub>.<sub>н.</sub> = 1150 ºС / 4 Т<sub>отп</sub>=600<sup>о</sup>С
Твёрдость увеличилась на 13 %, предел прочности увеличился на 36%
Т<sub>под</sub>.=800ºС /2мин, Т<sub>окон</sub>.<sub>н.</sub> = 1200 ºС / 4 Т<sub>под</sub>.=800ºС /2мин, Т<sub>окон</sub>.<sub>н.</sub> = 1200 ºС / 4 Т<sub>отп</sub>=600<sup>о</sup>С
Твёрдость увеличилась на 10 %, предел прочности увеличился на 32 %. Износ пластин уменьшился на 30 % и составил 0,6 мм
под
окон
н.
под
окон
н.
отп
о
Результаты исследований на данном этапе показали, что двойной термическую обработку с подогревом и отпуском эффективно проводить для сплава Т15К6. С повышением температуры окончательного нагрева предел прочности  и твердость повышаются. Лучший режим термической обработки при Т.=800 ºС /2мин, Т. = 1150 ºС / 4 Т.=800 ºС /2мин, Т. = 1150 ºС / 4, Т=600 С . Прочность увеличилась примерно на 36 %.
После проведения двойной термическую обработку с подогревом и отпуском твёрдого сплава Т15К6 при различных температурах были приготовлены шлифы и изучены микроструктуры данного сплава при различных увеличениях.
под
окон
н.
под
окон
н.
отп
под
окон
н.
под
окон
н.
отп
под
окон
н.
под
окон
н.
отп
о
о
о
Твёрдый сплав Т15К6 при увеличении температуры окончательного нагрева меняет свою структуру следующим образом: измельчаются карбидные включения  и увеличивается количество тёмной фазы -β-кобальт, что ведёт к повышению твёрдости и прочности образцов (фиг.3 Микроструктура твердого сплава Т15К6 после окончательного нагрева  при температуре 1100 °С, 1560 НV, износ 0,16 мм., фиг.4.  Микроструктура твердого сплава Т15К6 после окончательного нагрева  при температуре 1150 °С, 1680 НV, износ 0,14 мм., фиг.5. Микроструктура твердого сплава Т15К6 окончательного нагрева  при температуре 1200 °С, 1600 НV, износ 0,18 мм, фиг.6 Микроструктура  излома твердого сплава после Т.=800ºС /2мин, Т. = 1100 ºС /4 Т.=800ºС /2мин, Т. = 1100 ºС / 4 Т=600С, 1560 НV, износ 0,16 мм., а – увеличение 640, б – увеличение 1280, фиг.7 Микроструктура  излома твердого сплава Т15К6 после Т.=800ºС /2мин, Т. = 1150 ºС /4 Т.=800ºС /2мин, Т. = 1150 ºС / 4 Т=600С, 1620НV, износ 0,1 мм., а – увеличение 640, б – увеличение 1280, фиг.8 Микроструктура  излома твердого сплава Т15К6 после Т.=800ºС /2мин, Т. = 1200 ºС /4 Т.=800ºС /2мин, Т. = 1200 ºС / 4 Т=600С, 1600 НV, износ 0,1 мм. а – увеличение 640, б – увеличение 1280).
Влияние температуры двойной термическую обработку с подогревом и отпуском на износ поверхности (таблица 4) твёрдого сплава Т15К6 изучен в следующей серии экспериментов. Испытания резанием проводили  по 20 проходов торцовым точением по режиму: при глубине резания 1 мм, подаче 0,2 мм/об, частоте вращения шпинделя 250 об/мин. Длительность 1 прохода составляет 1,5 минуты. Испытания необходимо проводить на заготовке из стали 45 диаметром 140 мм, длиной 200 мм с просверленным отверстием диаметром 20 мм (марку и размер заготовки можно согласовать с заводскими условиями). Определяем среднее количество проходов, сделанных резцом с упрочненными пластинами до переточки.  С повышением температуры окончательного нагрева с 1100 ºС до 1200 ºС снизился в 4 раза износ шлифовальной  грани твёрдого сплава Т15К6 с 0,38 до 0,1, что указывает на положительное влияние двойной термическую обработку с подогревом и отпуском на износ данного вида сплава.
Таблица 4
Маркаматериала
Вид обработки
Пределпрочности, МПа
Твердость,НV
Шлифованная грань
Не шлифованная грань
задняя поверхность
передняя поверхность
задняя поверхность
передняя поверхность
Т15К6
Исходный
1150
1450
0,25
0,15
0,38
0,15
Т<sub>под</sub>.=800ºС /2мин, Т<sub>окон</sub>.<sub>н.</sub> = 1100 ºС /4 Т<sub>под</sub>.=800ºС /2мин, Т<sub>окон</sub>.<sub>н.</sub> = 1100 ºС / 4 Т<sub>отп</sub>=600<sup>о</sup>С
1600
1560
0,16
0,09
0,18
0,1
Т<sub>под</sub>.=800ºС /2мин, Т<sub>окон</sub>.<sub>н.</sub> = 1150 ºС / 4 Т<sub>под</sub>.=800ºС /2мин, Т<sub>окон</sub>.<sub>н.</sub> = 1150 ºС / 4 Т<sub>отп</sub>=600<sup>о</sup>С
1820
1680
0,14
0,08
0,1
0,08
Т<sub>под</sub>.=800ºС /2мин, Т<sub>окон</sub>.<sub>н.</sub> = 1200 ºС / 4 Т<sub>под</sub>.=800ºС /2мин, Т<sub>окон</sub>.<sub>н.</sub> = 1200 ºС / 4 Т<sub>отп</sub>=600<sup>о</sup>С
1714
1600
0,18
0,1
0,1
0,1
Проанализировали результаты проведённых экспериментальных работ по повышению физико-механических и эксплуатационных свойств твёрдых сплавов и дали сравнение с прототипом (таблица 5). Была проведена двойная закалка с изменением температуры окончательного нагрева под закалку 1100 ºС, 1150 ºС, 1200 ºС. Твёрдость  изменилась  в интервале 1450 – 1680 HV, предел прочности повысился от 28 до 36 %, износ уменьшился в 2 – 5 раза,  стойкость резцов увеличилась в 2 раза.