СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ЛИТЫХ ШТАМПОВЫХ ИНСТРУМЕНТОВ ИЗ ОТХОДОВ БЫСТРОРЕЖУЩЕЙ СТАЛИ ДЛЯ ДЕФОРМИРОВАНИЯ МЕТАЛЛОВ
METHOD OF PRODUCING CAST STAMPING TOOLS FROM RAPID TOOL STEEL WASTES FOR METAL FORMING

Изобретение относится к области машиностроения и может быть использовано, например, для изготовления гибочных и вытяжных штампов, где требуется высокая износостойкость инструмента.
Известен способ получения литого режущего инструмента путем переплавки отходов быстрорежущей стали, принятый за прототип (см. книгу «Инструментальные стали» / Под редакцией Ю.А.Геллера. М.: Металлургия, 1975 г., стр.413-416). Способ включает в себя получение отливки, отжиг отливки, механическую обработку, упрочняющую термическую обработку, шлифовку и наточку.
Недостатками прототипа являются:
- низкая стойкость режущего инструмента из-за наличия в структуре литой быстрорежущей стали эвтектики и карбидной сетки, образующихся независимо от способа литья. Наличие эвтектики и карбидной сетки в структуре литой быстрорежущей стали приводит к выкрашиванию тонколезвийного инструмента: фрез, сверл, разверток и т.д.;
- из-за низкой стойкости производить литой режущий инструмент экономически невыгодно, несмотря на дешевые материалы для литья (изношенный и поломанный инструмент, стружка);
- исправить литую структуру быстрорежущей стали термической обработкой не представляется возможным.
Предлагаемым изобретением решается задача: снижение материальных и энергетических затрат при производстве литого штампового инструмента, эффективного использования отходов быстрорежущей стали.
Технический результат, получаемый при осуществлении изобретения, заключается в использовании переплава отходов быстрорежущей стали не для режущего инструмента, а в другом качестве, например для изготовления литых штамповых инструментов - матриц и пуансонов гибочных и вытяжных штампов, что позволит резко повысить стойкость этих инструментов, в том числе за счет применения новых режимов упрочнения.
Указанный технический результат достигается тем, что в способе изготовления литых штамповых инструментов из отходов быстрорежущей стали для деформирования металлов, включающем приготовление расплава, заливку расплава в форму, получение отливки, отжиг отливки, механическую обработку, упрочняющую термическую обработку, шлифовку, новым является то, что для данной марки стали закалку производят с температуры на 50…40°С ниже установленной, а отпуск выполняют однократный при температуре выше установленной на 20…60°C.
Наличие в структуре эвтектики и карбидной сетки, а также твердости в диапазоне 57…61 HRC обеспечивает износостойкость литого штампового инструмента.
Выполнение для данной марки стали закалки с температурой на 50…40°C ниже установленной, а отпуска однократного с температурой выше установленной на 20…60°C позволяет обеспечить пластичность, вязкость и высокий предел прочности на изгиб.
Заявляемое техническое решение соответствует критерию «новизна».
При анализе уровня техники в данной области было выявлено, что заявляемая совокупность существенных отличительных признаков обеспечивает данному изобретению соответствие критерию «изобретательский уровень».
Реализация способа представлена на примере изготовления литых штамповых инструментов из отходов быстрорежущей стали для деформирования металлов на примере марки стали Р6М5.
Отходы из быстрорежущей стали, например Р6М5, плавят, затем расплав заливают в форму. После кристаллизации извлекают отливку из формы, производят ее отжиг. После отжига отливку механически обрабатывают с припуском на шлифовку. Затем полученную заготовку литого штампового инструмента подвергают закалке с температуры 1170-1180°С с последующим однократным отпуском на 600±20°C с выдержкой при этой температуре не менее 2-х часов. После шлифовки полученный литой штамповый инструмент подвергают отпуску для снятия шлифовочных напряжений на температуру 300-320°C с выдержкой при этой температуре не менее 2-х часов.
Быстрорежущие стали предназначены для изготовления режущего инструмента. Для режущего инструмента из быстрорежущей стали определены режимы упрочняющей термической обработки. Так, для стали Р6М5 температура нагрева под закалку составляет 1220±5°С. Высокая температура закалки режущего инструмента необходима для растворения значительного количества карбидов в аустените, с тем чтобы повысить красностойкость инструмента, его способность сохранять высокую твердость режущей кромки при высоких скоростях резания.
После закалки режущего инструмента из стали Р6М5 его трижды подвергают отпуску на 560±5°С с выдержкой при этой температуре в течение 1 часа с последующим охлаждением на воздухе. Трехкратный отпуск необходим для превращения остаточного аустенита в мартенсит. Остаточный аустенит обладает высокой пластичностью и низкой твердостью, значит, он снижает режущие свойства инструмента, поэтому его присутствие в структуре стали нежелательно.
Настоящим изобретением предлагается изготавливать из быстрорежущей стали не режущий инструмент, а штамповый, но использовать для этой цели не прокат быстрорежущей стали, а переплав изношенного и поломанного режущего инструмента. Во-первых, потому что цена отходов на порядок ниже, чем прокат. Во-вторых, как было отмечено выше, в структуре литой быстрорежущей стали всегда присутствует эвтектика и карбидная сетка, которые обеспечивают высокую износостойкость. Поэтому стойкость литого штампового инструмента, например, предназначенного для гибки или вытяжки будет очень высокой, фактически независимо от способа литья. А для того, чтобы несколько поднять пластичность и вязкость литой быстрорежущей стали и прочность на изгиб, температуру закалки литого штампового инструмента понижают на 50…40°C по сравнению с закалочной температурой режущего инструмента, а температуру отпуска повышают на 20…60°C. Понижение закалочной температуры, конечно, приводит к снижению красностойкости. Но высокая красностойкость литого штампового инструмента из быстрорежущей стали для холодного деформирования металлов не требуется. Напротив, пониженная температура закалки обеспечит образование дисперсной мелкозернистой структуры и как следствие повышение вязкости стали и предела прочности на изгиб.
Кроме того, понижение закалочной температуры не приведет к растворению в аустените значительного количества карбидов, а значит, после закалки не сохранится в структуре стали большого количества остаточного аустенита, поэтому литой штамповый инструмент подвергают однократному отпуску на 600±20°C с обеспечением твердости 57…61 HRC вместо 62…65 HRC для режущего инструмента.