Адрес этой страницы' ?>

<<Предыдущая страница Оглавление книги Следующая страница>>

Термическая обработка быстрорежущей стали. Закалка инструментов из быстрорежущей стали.

Термическую обработку сварного инструмента.

Быстрорежущую сталь применяют для разнообразных инструментов, работающих при высоких скоростях резания (резцов, сверл, фрез и др.). Основное преимущество быстрорежущей стали заключается в том, что она обладает красностойкостью, т. е. не теряет твердость при больших скоростях резания, когда режущая кромка инструмента разогревается до 600 °С. При этом в темноте становится заметным ее свечение темно-карсным цветом. Наибольшее распространение на заводах получили три марки быстрорежущей стали: Р9, Р12 и Р18. Наряду с ними применяют стали, в которых дорогостоящий вольфрам частично заменен молибденом, кобальтом и др.: Р9Ф5, Р9К5, Р6М5 и др. Буква Р в обозначении марки стали взята из слова rapid (рапид), что в переводе с английского означает быстрый.

Стали Р9 и Р18 по красностойкости примерно равноценны. Сталь Р18 дороже, так как она содержит 18% W, в то время как в стали Р9 содержание его вдвое меньше. Однако сталь Р9 сложнее в обработке, или, как говорят, менее технологична: она склонна к обезуглероживанию, перегреву и хуже шлифуется.

Сталь Р12 при одинаковой по сравнению со сталью Р18 теплостойкости и шлифуемости в то же время обладает меньшей карбидной неоднородностью и более высокой пластичностью. К тому же она обеспечивает значительную экономию вольфрама (30%).

В связи с высокой стоимостью быстрорежущей стали инструмент с размером более 10 мм в сечении экономически более выгодно изготовлять сварным: режущую часть — из быстрорежущей стали, а хвостовую, т. е. державку, — из углеродистой стали 40—45 или низколегированной 40Х. Обе части соединяются с помощью стыковой сварки.

Быстрорежущая сталь относится к высоколегированным сталям, и потому после прокатки или ковки охлаждение ее даже на спокойном воздухе вызывает повышение твердости. Это затрудняет обработку резанием при изготовлении инструментов. Для снижения твердости и подготовки структуры к закалке проводят отжиг. Хорошие результаты дает изотермический отжиг, который по сравнению с обычным требует меньше времени и в то же время позволяет получить более однородную структуру.

Температура закалки стали Р9 составляет 1220— 1240°С, а стали Р18 — 1270— 1290°С. При закалке инструментов сравнительно простой формы, таких как резцы, устанавливают температуру ближе к верхнему пределу, а при закалке фасонного инструмента — ближе к нижнему. Хотя указанная температура значительно выше критических точек для данных сталей, однако такой высокий нагрев необходим для более полного растворения карбидов в аустените. Благодаря этому аустенит насыщается легирующими элементами, без чего не могут быть получены необходимые свойства после закалки.

Быстрорежущая сталь имеет низкую теплопроводность, поэтому во избежание трещин инструмент сравнительно небольших размеров и несложной формы, как, например, резцы, плашки и др., вначале подогревают в одной печи до 800 °С, а затем переносят в другую печь, где происходит окончательный нагрев до закалочной температуры. Инструмент сложной формы с размерами сечения более 30 мм следует подогревать 2 раза; первый — до температуры 400—600°С, а второй — до 800 °С.

Во избежание обезуглероживания и окисления нагрев лучше проводить в соляных печах-ваннах. Продолжительность выдержки в таких ваннах при закалочной температуре должна быть минимально необходимой. Ориентировочно она устанавливается из расчета 8—9 с на 1 мм наименьшей толщины или диаметра инструмента.

Для закалки инструментов из быстрорежущей стали применяют следующие способы:

1) охлаждение в масле до 150—200 °С и дальнейшее охлаждение на спокойном воздухе; во избежание трещин можно перед погружением инструмента в масло подстуживать его на воздухе до 900—1000 °С; этому соответствует оранжевый цвет излучения;

2) охлаждение в струе вентиляторного воздуха; применяется для мелкого инструмента;

3) охлаждение в селитряной ванне с температурой 450—500 °С и последующее охлаждение на воздухе; применяется для инструмента сложной формы (фрез, протяжек), при этом уменьшается коробление.

Действенным средством по предупреждению трещин и уменьшению коробления является так называемая высокоступенчатая закалка. Она представляет собой ступенчатую закалку в ванне с температурой, повышенной по сравнению с обычной (600—675 °С). Выдержка в такой ванне дается до 30 мин.

Для удаления с поверхности инструмента соли и масла, остающихся после закалки, проводится промывка в водном растворе каустической соды, а для предотвращения ржавления после такой промывки — пассивирование путем обработки в горячем растворе нитрита натрия с добавкой кальцинированной соды.

После закалки в быстрорежущей стали получается много остаточного аустенита: в стали Р9 — 30—35%, а в стали Р18 — 25—30%. Для превращения остаточного аустенита в мартенсит и повышения твердости стали применяют трехкратный отпуск. Продолжительность каждого отпуска 45—60 мин, температура 550—570°С. После закалки твердость получается в пределах HRC 61—63, а после отпуска — HRC 63—65.

Температура нагрева под закалку должна быть выдержана с максимально возможной точностью. Если был допущен незначительный перегрев, то образуется повышенное количество остаточного аустенита, и твердость окажется пониженной. Для получения нормальной твердости можно осторожно повысить температуру отпуска. Если же был допущен недогрев, то это выявится в повышенной твердости после закалки. Если после отпуска твердость будет понижаться, то это подтверждает недогрев, и инструмент надо перезакалить. Перед повторной закалкой обязательно следует проводить отжиг. Этим ни в коем случае нельзя пренебрегать, иначе инструмент после окончательной термической обработки будет хрупким, а стойкость его снизится в несколько раз.

Термическая обработка стали Р6М5 имеет некоторые особенности. Продолжительность нагрева под закалку (1230°С) должна быть на 25% больше, чем для стали Р18, при этом необходимо принимать меры по защите от обезуглероживания путем раскисления ванн бурой или фтористым магнием. Режим отпуска: 1-й — при 350 °С, 2-й и 3-й — при 560—570 °С по 1 ч. Для инструментов, работающих без ударной нагрузки, с целью повышения твердости и теплостойкости рекомендуется 2—3-кратный отпуск при 540—550 °С.

Термическую обработку сварного инструмента необходимо проводить с таким расчетом, чтобы при переходе от рабочей части к месту стыка с хвостовиком твердость плавно снижалась до HRC 50—55. Это нужно для уменьшения хрупкости в месте сварки. С этой целью инструмент загружают в ванну так, чтобы место сварки не доходило до зеркала ванны на 15—20 мм. Рабочую часть и хвостовик закаливают раздельно.

Для повышения стойкости и антикоррозионных свойств инструмента проводят дополнительно цианирование и обработку паром. Цианирование проводят низкотемпературное жидкостное или газовое на слой глубиной 0,01—0,03 мм. Стойкость цианированного инструмента повышается в 1,5—2 раза.

Обработка паром создает на поверхности инструмента тонкую (2—5 мкм) пленку окиси железа Fe₃O₄. В результате этого предотвращается приваривание стружки к поверхности инструмента, повышается стойкость его на 25—30% и улучшается внешний вид: поверхность приобретает красивый темно-синий цвет.

Обработка паром может быть проведена в герметически закрывающейся шахтной печи типа цементационной. Ее можно совместить с отпуском. При отпуске в атмосфере пара очищенный сухой инструмент в корзинах загружают в печь с температурой 350—370 °С и выдерживают в течение примерно 1 ч до полного прогрева садки. После этого для вытеснения воздуха в печь подается сухой пар, перегретый до 300—400 °С. Спустя 20— 30 мин, температуру печи повышают до рабочей (550— 570 °С) и дают обычную при таком отпуске выдержку (45—60 мин). Давление пара поддерживается избыточное (в пределах 0,1—0,3 ат). Это предотвращает подсос воздуха в печь.

Для получения стабильных высоких свойств при термической обработке режущего инструмента, а также для обеспечения высокой производительности на отечественных заводах внедряются полуавтоматические и полностью автоматизированные агрегаты непрерывного действия.