СПОСОБ ТЕРМИЧЕСКОЙ ОБРАБОТКИ БОЙКОВ И ТЯЖЕЛОНАГРУЖЕННЫХ ШТАМПОВ
METHOD OF THERMAL TREATMENT OF HEADS AND HEAVY-LOAD DIES

Изобретение относится к области машиностроения и может быть использовано для формирования полей и нарезов в канале заготовок стволов автоматического оружия калибров 4,5÷30,0 мм методом пластической деформации, а также для упрочнения тяжелонагруженных штампов, испытывающих при работе большие ударные нагрузки.
Известен способ упрочняющей термической обработки штамповой стали 11Х4В2МФ3С2 (см. Справочник «Металлы и сплавы», НПО «Профессионал», НПО «Мир и семья», Санкт-Петербург, 2003 г., стр.400-401), принятый за прототип. Способ заключается в следующем: нагрев под закалку проводят с предварительным подогревом до 650-670°С и окончательным нагревом на температуру 1060-1080°С, выдерживают при этой температуре из расчета 35-40 с/мм при нагреве в соляных ваннах, охлаждают после выдержки в масле. После закалки инструмент подвергают отпуску при температуре 520-540°С с выдержкой 1,0-1,5 часа. Отпуск повторяют три раза. Механические свойства после термической обработки отражены в таблице 6.20, стр.401.
Недостатками известного способа являются:
- не обеспечиваются необходимые значения KCU - ударной вязкости, и, как следствие, инструмент имеет низкую стойкость по причине катастрофических разрушений;
- высокая температура закалки и длительность выдержки приводят к обезуглероженности поверхности и росту зерна;
- большая глубина обезуглероженного слоя и значительная деформация инструмента при закалке требуют назначения большого припуска на шлифовку - трудоемкой и дорогостоящей операции.
Предлагаемым изобретением решается задача снижения себестоимости изготовления бойков и тяжелонагруженных штампов за счет снижения трудоемкости, материальных и энергетических затрат.
Технический результат, получаемый при осуществлении изобретения, заключается во внедрении ступенчатой закалки со строгой регламентацией температуры ступени, времени выдержки на ступени и закалочной температуры, за счет этого обеспечивается резкое повышение стойкости бойков для радиального обжатия заготовок стволов и штампов, испытывающих при работе большие ударные нагрузки.
Указанный технический результат достигается тем, что в предлагаемом способе термической обработки бойков и тяжелонагруженных штампов из стали 11Х4В2МФ3С2, включающем подогрев, окончательный нагрев до температуры закалки, выдержку при этой температуре, охлаждение и последующий отпуск, новым является то, что подогрев производят в два этапа: первый - на температуру 500-550°С; второй - на 800-850°С в соляной ванне, окончательно нагревают на температуру 1030±10°С в соляной ванне, выдерживают при этой температуре из расчета 20-25 с/мм, охлаждают на ступень 350-370°С в селитровой ванне в течение 30 минут, окончательно охлаждают в масле или сжатым воздухом, затем производят однократный отпуск на температуру 220-240°С.
Проведение подогрева в два этапа: первого - на температуру 500-550°С, второго - на температуру 800-850°С в соляной ванне необходимо для того, чтобы сократить время выдержки при окончательном нагреве, а значит, уменьшить величину дефектного обезуглероженного слоя и сократить припуск на шлифовку и доводку - дорогостоящих трудоемких операций.
Первоначально охлаждение бойков и тяжелонагруженных штампов производят на ступень 350-370°С в селитровой ванне в течение 30 минут, затем окончательно охлаждают в масле или сжатым воздухом. Диапазон ступенчатой закалки выбран по следующим причинам:
- он согласуется с температурой закалки 1030±10°С, которая обеспечивает балл зерна не ниже 12, а значит, повышенные значения KCU - ударной вязкости, в то же время имеем достаточную устойчивость аустенита. Понижение температуры ступенчатой закалки ниже 1030°С приводит к снижению твердости и прочности, а повышение температуры - к снижению ударной вязкости;
- ступень в 350-370°С обеспечивает достаточную скорость охлаждения для того, чтобы подавить выделение карбидов по границе зерен и тем самым не допустить снижения в первую очередь ударной вязкости;
- выбранный диапазон ступени создает условия для увеличения остаточного аустенита в термообработанном инструменте, а значит, и ударной вязкости;
- ступенчатая закалка обеспечивает минимальную деформацию и способствует уменьшению припуска на шлифовку и доводку инструмента.
Время выдержки 30 мин на ступени 350-370°С в жидкой среде достаточно для выравнивания температуры по сечению изделия.
Температура отпуска выше 240°С приводит к снижению твердости и прочности бойков и тяжелонагруженных штампов.
Технические решения с признаками, отличающими заявляемое решение от прототипа, не известны и явным образом из уровня техники не следуют. Это позволяет считать, что заявляемое решение является новым и обладает изобретательским уровнем.
Способ упрочняющей термической обработки бойков и тяжелонагруженных штампов реализуется следующим образом. Проводят первый подогрев на температуру 500-550°С в печи, затем проводят второй подогрев на температуру 800-850°С в соляной ванне. Окончательно нагревают на температуру 1030±10°С в соляной ванне и выдерживают при этой температуре из расчета 20-25 с/мм, обеспечивая высокий балл зерна. Охлаждают на ступень 350-370°С в селитровой ванне в течение 30 минут. Окончательно охлаждают в масле или сжатым воздухом. Затем производят однократный отпуск на температуру 220-240°С.
Пример реализации способа упрочняющей термической обработки бойка с габаритными размерами: 170×120×100 из стали 11Х4В2МФ3С2.
Производят подогрев бойка в печи с окислительной атмосферой на температуру 500-550°С в течение 3-4 часов. Затем осуществляют его перенос в соляную ванну на температуру 800-850°С, выдерживают при этой температуре 20-25 минут, а потом производят окончательный нагрев и выдержку в соляной ванне с температурой 1030±10°С в течение 40-45 минут. Охлаждают в селитровой ванне при температуре 350-370°С в течение 30 минут. Окончательно охлаждают в масле. После ступенчатой закалки производят отпуск в селитровой ванне на температуру 220-240°С в течение 2-3 часов.
Реализация способа термической обработки бойков и тяжелонагруженных штампов, испытывающих при работе большие ударные нагрузки, позволила обеспечить прочностные свойства не ниже указанных в табл.6.20, а значение ударной вязкости получить в 1,5-2 раза выше. За счет этого стойкость инструмента увеличилась в 5-6 раз.