Порядок выполнения работы. 6.4.1 Задача: Выбрать быстрорежущую сталь повышенной теплостойкости, пригодную для производительного резания аустенитных жаропрочных сталей

6.4.1 Задача: Выбрать быстрорежущую сталь повышенной теплостойкости, пригодную для производительного резания аустенитных жаропрочных сталей, указать ее марку, химический состав, режим термической обработки и микроструктуру в готовом инструменте. Сопоставить теплостойкость сталей Р12 и р6М5 и выбранной стали [2].

6.4.2 Решение: Особенность быстрорежущих сталей состоит в их способности сохранять мартенситную структуру и высокую твердость до температур 500-650°С, которые возникают в режущей кромке. Однако стойкость инструментов из таких сталей определяется не только их химическим составом, структурой и режимом резания, но и сильно зависит от свойств обрабатываемых материалов.

Стойкость сверл и фрез, изготовленных из быстрорежущих сталей умеренной теплостойкости, достаточная для обработки конструкционных сталей твердостью 180-200НВ. Однако она резко снижается при обработке аустенитных жаропрочных сталей. Это связано главным образом с тем, что стали данного класса имеют пониженную теплопроводность, поэтому выделяющееся при резании тепло в небольшой степени поглощается сходящейся стружкой и деталью, а в основном воспринимается режущей кромкой.

Кроме того, они в процессе обработки сильно упрочняются под режущей кромкой, в результате существенно возрастают усилия резания. Для резания таких материалов, называемых труднообрабаты-ваемыми, не пригодны быстрорежущие стали умеренной тепло-стойкости, так как они сохраняют высокую твердость порядка 58НRC и мартенситную структуру только до 615-620°С.

В соответствии с [1, 3], к быстрорежущим сталямповышенной теплостойкостиотносятся стали дополнительно легированные кобальтом. Кобальт в отличие от сильных карбидообразующих элементов вольфрама, молибдена и ванадия инициирует при отпуске наряду с карбидами выделение интерметаллидных фаз, которые более устойчивы к коагуляции. Они не только сохраняют необходимую твердость 58НRC до более высоких температур нагрева – 640-645°С, но благодаря кобальту она возрастает до 68 НRC, а теплопроводность увеличивается примерно на 30-40%. В результате снижается температура в режущей кромке, и улучшается режим резания.

Вывод 1: Для обработки резанием аустанитных сталей рекомендуется использовать быстрорежущие кобальтовые стали марок Р12Ф4К5 и Р9М4К8.

6.4.3 Режим термической обработки:

• температура нагрева под закалку стали Р12Ф4К5 – 1240-1250°С;

• температура нагрева под закалку стали Р9М4К8 – 1230°С;

Высокие температуры закалки необходимы для растворения карбидов и насыщения сначала аустенита, а затем и мартенсита легирующими элементами вольфрамом, молибденом, ванадием, хромом. Более высокая температура нагрева недопустима, так как из-за более сильного растворения первичных карбидов увеличивается размер зерна, снижаются прочность и вязкость.

6.4.4 Микроструктура после термообработки:

• После закалки – мартенсит + остаточный аустенит (15-30%) + избыточные карбиды, которые не растворяются в аустените и задерживают рост зерна. Твердость в закаленном состоянии 60-62НRC

• После 3-х кратного по 60 минут отпуска при 550-560°С – выделившиеся из мартенсита дисперсные карбиды и интерметаллиды. Твердость увеличивается до 66-69НRC, остаточный аустенит превращается в мартенсит, и частично снимаются напряжения, вызванные мартенситным превращением.

6.4.5 Последующая обработка готового инструмента:

1) После отпуска инструменты шлифуют и подвергают карбонитрации в жидкой ванне состава: 80% KCNO и 20% K₂CO₃ 550-560°С с выдержкой от 5 до 30 минут в зависимости от вида и размера инструмента. Твердость слоя карбонитрации на глубине 0,02-0,05 мм достигает 69-70 НRC, при этом теплостойкость увеличивается примерно на 50°С. Кроме того, снимаются дополнительные напряжения вызванные шлифовкой инструмента. В целом стойкость интрументов повышается в 2-4 раза.

2) После карбонитрации целесообразно проводить оксидирование при температуре 140°С в щелочном растворе или при 300°С в расплаве солей. Оксидирование придает инструментам черную окраску и несколько улучшает стойкость против воздушной коррозии.

Вывод 2: Требованиям задачи по уровню эксплуатационных свойств удовлетворяют быстрорежущие кобальтовые стали марок Р12Ф2К5 и Р9М4К8.

Содержание отчета

6.5.1 Цель работы

6.5.2 Общие сведения

6.5.3 Практическая часть (оформляется в соответствии с рассмотренным примером выбора необходимого материала, удовлетворяющего требованием задачи).

Задания (варианты №382-396 [2],):

№1

№2

№3

№4

№5

№6

№7

№8

№9

№10

№11

№12

№13

№14

№15

6.5.3 Анализ и выводы по работе

Контрольные вопросы

6.6.1 Почему температура нагрева под закалку стали Р12Ф4К5 выше, чем стали Р9М4К8?

6.6.2 Чем отличаются аустенитные жаропрочные стали от конст-рукционных сталей?

6.6.3 Что называется теплостойкостью?

6.6.4 Что называет красностойкостью?

6.6.5 Какие элементы входят в состав быстрорежущих сталей. какова их роль в повышении режущих свойств?

Рекомендованная литература

1 Гуляев А.П. Металловедение. М.: Металлургия, 1977. 647 с.

2 Геллер Ю.А., Рахштадт А.Г. Материаловедение М.: Металлургия, 1983. 384 с.

3 Справочник по машиностроительным материалам. /Под ред. Г.И. Погодина-Алексеева. М.:ГНТИМЛ, 1959. Т.1. ХХХХ с.