СПОСОБ ТЕРМИЧЕСКОЙ ОБРАБОТКИ ИНСТРУМЕНТА ИЗ БЫСТРОРЕЖУЩЕЙ СТАЛИ
HIGH-SPEED TOOL HEAT TREATMENT

Изобретение относится к области термической обработки быстрорежущих сталей и может быть использовано преимущественно для термической обработки длинномерного инструмента и инструмента сплошной формы.
Спектр изготавливаемых инструментов из быстрорежущей стали очень разнообразен: от малогабаритных до крупногабаритных и сложнопрофильных. При этом инструмент может иметь большие перепады по толщине сечения, что значительно затрудняет его как механическую, так и термическую обработку. Из-за большой разницы в толщинах различных частей инструмента возникает значительный градиент температур при его термической обработке, который приводит к большим внутренним напряжениям. Внутренние напряжения приводят к короблению инструмента вплоть до возникновения трещин.
Известен способ термической обработки инструмента из быстрорежущей стали, включающий двойную закалку, при этом после нагрева под вторую закалку проводят изотермическую выдержку в соляной ванне при температуре 830-850°C и последующий отпуск (Авторское свидетельство №369153 от 16.12.1968, опубл. 08.11.1973, МПК C21D 9/22, C21D 1/78).
Недостатками данного способа термической обработки инструмента из быстрорежущей стали являются резкое падение ударной вязкости (нафталиновый излом) из-за проведения повторной закалки без промежуточного отжига, а также повышенное коробление длинномерного инструмента при его двойной закалке.
Известен способ термической обработки инструмента из быстрорежущей стали, при котором инструмент нагревают до температуры закалки, охлаждают до температуры окружающей среды и проводят однократный отпуск (Авторское свидетельство №933750 от 25.07.1979, опубл. 06.06.1982, МПК C21D 9/22 C21D 1/18).
Недостатком данного способа является низкая твердость (менее 62 HRC), неприемлемая для быстрорежущего инструмента.
Наиболее близким является способ термической обработки инструмента из быстрорежущей стали, при котором инструмент нагревают до температуры закалки, выдерживают, охлаждают до температуры окружающей среды и проводят отпуск (Авторское свидетельство №331105 от 08.04.1970, опубл. 07.03.1972, МПК C21B 9/22).
Недостатком данного способа является большая разница между температурой нагрева под закалку и температурой выдержки, не позволяющая снизить внутренние напряжения до безопасного уровня, и, как следствие, исключить повышенное коробление длинномерного инструмента и возможность появления трещин в инструменте сложной формы.
Техническим результатом, на который направлено изобретение, является снижение закалочных напряжений и, как следствие, устранение коробления, уменьшение вероятности трещинообразования, и повышение работоспособности инструмента.
Технический результат достигается тем, что способ термической обработки инструмента из быстрорежущей стали включает нагрев инструмента до температуры закалки, выдержку, охлаждение до температуры окружающей среды и отпуск.
Новым в способе является то, что после нагрева до температуры закалки и выдержки при этой температуре, инструмент охлаждают в соляной ванне при температуре 810-860°C с выдержкой 1,9-2,0 сек/мм, но не более 1 минуты, дальнейшее охлаждение инструмента с толщиной (диаметром) рабочей части не более 20 мм до температуры окружающей среды проводят на воздухе, для инструмента с толщиной (диаметром) рабочей части более 20 мм охлаждение осуществляют в жидких средах, а затем охлаждают на воздухе до температуры окружающей среды.
Способ осуществляется следующим образом.
Инструмент из быстрорежущей стали нагревают до температуры закалки и выдерживают при этой температуре.
Затем проводят охлаждение в соляной ванне, например в расплаве соли NaCl, при температуре 810-860°C с выдержкой 1,9-2,0 сек/мм, но не более 1 минуты.
Если выдержку в соляной ванне при охлаждении сделать менее 1,9 сек/мм, то градиент температуры по объему инструмента будет большим, а значит, и внутренние напряжения в инструменте будут завышенными.
Если выдержку в соляной ванне сделать более 2,0 сек/мм, то снижается твердость инструмента, и, как следствие, снижается стойкость и работоспособность инструмента.
Дальнейшее охлаждение инструмента с толщиной (диаметром) рабочей части не более 20 мм до температуры окружающей среды проводят на воздухе. Это обеспечивает минимальные внутренние напряжения, а значит, и минимальное коробление, и не приводит к снижению твердости инструмента.
Для инструмента с толщиной (диаметром) рабочей части более 20 мм охлаждение осуществляют в жидких средах, а затем охлаждают на воздухе до температуры окружающей среды. Охлаждение в жидких средах позволит исключить снижение твердости инструмента толщиной (диаметром) рабочей части более 20 мм.
Если инструмент с толщиной (диаметром) не более 20 мм охлаждать в жидких средах после охлаждения в соляной ванне с выдержкой, то это приведет к увеличению коробления.
Если инструмент с толщиной (диаметром) более 20 мм охлаждать на воздухе после охлаждения в соляной ванне с выдержкой, то это приведет к снижению твердости инструмента, а значит, и к снижению его эксплуатационной стойкости.
Затем проводят отпуск инструмента из быстрорежущей стали.
Благодаря тому, что после нагрева до температуры закалки и выдержки при этой температуре, инструмент охлаждают в соляной ванне при температуре 810-860°C с выдержкой 1,9-2,0 сек/мм, но не более 1 минуты, дальнейшее охлаждение инструмента с толщиной (диаметром) рабочей части не более 20 мм до температуры окружающей среды проводят на воздухе, для инструмента с толщиной (диаметром) рабочей части более 20 мм охлаждение осуществляют в жидких средах, а затем охлаждают на воздухе до температуры окружающей среды, достигается снижение закалочных напряжений и, как следствие, устранение коробления, уменьшение вероятности трещинообразования, и повышение работоспособности инструмента.
Предлагаемый способ закалки позволяет быстро охладить тонкие и толстые части инструмента с небольшой разницей по температуре между ними. Это позволяет уменьшить термические и структурные напряжения, а значит, уменьшить и коробление деталей. Ограниченное время нахождения в соляной ванне не приводит к снижению твердости и других механических свойств стали.
Предлагаемый способ закалки удобен в производственной практике и не требует дополнительного термического оборудования, так как для охлаждения можно использовать соляную ванну, предназначенную для предварительного нагрева инструмента перед его окончательным нагревом.
Примеры реализации способа.
Инструмент протяжку из стали Р12М3К5Ф2МП подвергают термической обработке для придания ей заданной твердости. Протяжка имеет следующие размеры: длина 500 мм, высота 57 мм, толщина рабочей части 6 мм, толщина подошвы 22 мм.
После нагрева и выдержки под закалку проводят охлаждение протяжки в соляной ванне при температуре 850°C±10°C в течение 42 сек. Дальнейшее охлаждение осуществляют на воздухе под прессом. Затем выполняют трехкратный отпуск при температуре 560°C±10°C. В результате, после осуществления предлагаемого способа закалки инструмента из быстрорежущей стали получаем твердость 67HRC.
Пример 2.
Червячная фреза из стали Р9М4К8 имеет следующие размеры: диаметр 124 мм, высота 120 мм, диаметр посадочного отверстия 32 мм, высота зуба 22 мм.
После нагрева и выдержки под закалку фрезу охлаждают в соляной ванне при температуре 850°C±10°C в течение 48 сек. Затем инструмент охлаждают в соляной ванне при температуре 560°C±10°C в течение 3 мин. Далее проводят охлаждение на воздухе и трехкратный отпуск при температуре 550°C±10°C. После такой термической обработки инструмент имеет твердость 66 HRC.