Спосіб хіміко-термічної обробки інструменту з швидкорізальної сталі

1. Спосіб поверхневого зміцнення інструменту з швидкорізальної сталі, який включає гартування інструменту у маслі, обробку інструменту холодом, обробку поверхні інструменту, яка включає магніт 3 Поставлена задача досягається тим, що спосіб поверхневого зміцнення інструменту з швидкорізальної сталі, який включає гартування інструменту у маслі, обробку інструменту холодом, обробку поверхні інструменту, яка включає магнітно-абразивну обробку, нагрів та витримку інструменту у суміші, що насичує, яка містить 98-99 мас. % щавлевокислого амонію і 1-2 мас. % хлористого амонію новим є те, що після обробки інструменту холодом, яку проводять зануренням у рідкий азот, обробку поверхні інструменту проводять щонайменше двократним виконанням послідовно проведених процесів магнітно-абразивної обробки поверхні та витримки інструменту в суміші, що насичує, новим також є те, що спосіб додатково включає фінішну магнітно-абразивну обробку поверхні інструменту. Обробка абразивним порошком у магнітному полі поєднує одночасну дію двох позитивних факторів, які забезпечують процес зміцнення поверхневого шару: - перемагнічування деталей, яке виникає за рахунок обертання деталей у постійному магнітному полі, - пластичне деформування поверхневого шару, яке виникає під час контактування частинок магнітно-абразивного порошку з поверхнею деталі, що обробляється. Перший фактор позитивно впливає за рахунок магнітно-стрикційних ефектів, які виникають під час перемагнічування і призводять до подрібнення структури (карбідів) і формування напруженого стану в матеріалі. Другий фактор позитивно впливає за рахунок формування в поверхневому шарі залишкових стискаючих напружень величиною 600-900 МПа та створення підвищеної щільності дислокацій на глибині до 10 мкм. Як відомо, підвищення температури швидкорізальної сталі Р6М5 до 600°С призводить до значного зниження її твердості. Утворення високодефектної структури поверхневого шару дозволяє активізувати дифузійні процеси під час наступної хіміко-термічній обробці без небезпечного підняття температури та отримати дифузійний шар товщиною до 300 мкм. Спосіб здійснюється наступним чином: виріб гартують за температури 1210-1230°С, потім проводять обробку холодом в середовищі рідкого азоту (температура - 196°С), для зменшення кількості залишкового аустеніту, та проводять два цикли (МАО+ХТО) за такими режимами: активація поверхні виробу абразивним порошком у магнітному полі - швидкість обробки - 2 м/с; час обробки - 3545 с; магнітна індукція в зазорі - 0,21 Тл; абразивний порошок з крупністю часток 200/100 мкм; карбонітрація в продуктах розкладу оксалату амонію 54495 4 при температурі 550°С впродовж 1 години. Наступний цикл проводиться за тими ж режимами. Приклад конкретного виконання. Зразки зі сталі Р6М5 після кування піддають гартуванню за температури 1230°С. Нагрівання проводять в соляній ванні, що дозволяє уникнути окислення та зневуглецювання. Охолодження проводять в маслі. Після гартування сталь має твердість 60-61 HRC. Після гартування в маслі вироби розміщують у контейнері з рідким азотом на 0,3-0,5 години та відігрівають на повітрі до кімнатної температури. Після цього твердість виробів складає 62-63 HRC. Магнітно-абразивну обробку, проводять перед карбонітрацією для активації поверхні та покращення шорсткості. Твердість матриці не змінюється, а поверхнева твердість складає 9,7-10,3 ГПа. Режим МАО: - швидкість обробки - 2 м/с; - час обробки - 35-45 с; - магнітна індукція в зазорі - 0,21 Тл; - абразивний порошок з крупністю часток 200/100 мкм. Карбонітрацію проводять при температурі 550°С. Вона дозволяє збільшити поверхневу твердість до 12-13,5 ГПа, а твердість основи до 64-65 HRC. Режим карбонітрації в продуктах розкладу оксалату амонію: - температура - 550°С, - час витримки - 1 година. Після карбонітрації значно погіршується чистота поверхні зразків, особливо на ділянках, які були поліровані. Наступну магнітно-абразивну обробку проводять по тому ж режиму. Поверхнева твердість трохи зменшується 10,5-11,8 ГПа, а твердість матриці не змінюється. Друга МАО значно покращує чистоту поверхні зразків, як на полірованих ділянках, так і на поверхнях, що були оброблені різанням. Друга карбонітрація не змінює твердість основи 64-65 HRC, a поверхневу твердість підвищує до 14,0-15,0 ГПа. Достатньо товстий зміцнений шар дозволяє визначити твердість на приборі Роквела 72-74 HRC. В результаті другої карбонітрації шорсткість поверхні знову зростає, хоча в порівнянні з вихідною вона все ж менша в 1,5 рази (вихідна 1,21,3 мкм, після другої карбонітрації - 0,8-0,9 мкм). В тих випадках, коли така шорсткість виявляється завеликою, рекомендується проведення фінішної магнітно-абразивної обробки за тим же режимом, що дозволяє отримати шорсткість поверхні на більше 0,5 мкм. Приклади випробувань запропонованого способу подано нижче. 5 54495 6 Таблиця Вплив умов хіміко-термічної обробки на властивості зміцненого шару № п/п 1 2 3 4 Спосіб обробки МАО+ХТО+МАО Гартування+оброблення холодом+МАО+ХТO+МАО+ХТО Гартування+оброблення холодом+МАО+ХТO+МАО+ХТО+МАО Товщина зміШорсткість поверхні, мкм Мікротвердість зміцненого шару, цненого шару, ГПа вихідна отримана мкм Найближчий аналог 350 13,5 0,086 0,3635 300 14,0 0,098 0,408 За новим способом 350 13,5 1,26 0,7635 370 15,0 1,26 0,421 Значення наведені в п. 1, 2 - для найближчого аналогу, в п. 3 - для виробу з додатковою активацією поверхні. Кінцева магнітно-абразивна обробка збільшує товщину зміцненого шару на 2050 мкм, мікротвердість якого при цьому залишається майже незмінною 15 ГПа. Шорсткість виробу зменшується в 2 рази. Поданий спосіб поверхневого зміцнення інструменту з швидкорізальної сталі простий з технологічної точки зору, вибухобезпечний, екологічно чистий, не потребує дорогого обладнання, а також висококваліфікованого персоналу, який його обслуговує. Комп’ютерна верстка Л. Ціхановська Джерела інформації: 1. Химико-термическая обработка металлов карбонитрация. Прокошкин Д.А. - М.: "Металлургия", "Машиностроение", 1984. - 240с. 2. Способ химико-термической обработки из быстрорежущей стали. А.с. СССР 1227697, МКИ C21D9/22 / А.С. Лоскутов, В.Г. Хижняк, Е.Г. Мороз, А.В. Жалнин; заявка №3750556 від 04.06.1984; опубл. 30.04.1986, бюл. №16. 3. Спосіб хіміко-термічної обробки інструменту з швидкоріжучої сталі. Патент України № 40859А від 27.04.2009, МПК7 С23С8/00 / М.М. Бобіна; B.C. Майборода, А.Б. Бобін, Т.Д.Заєць. Підписне Тираж 26 прим. Міністерство освіти і науки України Державний департамент інтелектуальної власності, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601