Лабораторная работа: Термическая обработка резца из быстрорежущей стали

Микроструктура быстрорежущей стали Р6М5 в литом состоянии представлена на рисунке 1.

Карбидная эвтектика

Аустенитное зерно

Рис. 1. Микроструктура стали Р6М5 (литое состояние)

Разработка режима термической обработки

Для разработки режима термической обработки мы выбираем быстрорежущую сталь марки Р6М5, из которой будем изготавливать резец сварной с державкой. Для державки используют углеродистую сталь марок 40 и 45.

Технологический процесс изготовления инструмента включает следующие операции:

1. Изготовление заготовок (предварительное формообразование) с использованием сварки, горячей и холодной пластической деформации.

2. Предварительная смягчающая термическая обработка для улучшения обрабатываемости стали и исправления структуры в нужном направлении.

3. Механическая обработка (окончательное формообразование) на металлорежущих станках или методами холодной деформации (насечка).

4. Окончательная (упрочняющая) термическая обработка.

5. Окончательный контроль, шлифовка и заточка инструмента, дополнительная обработка для улучшения поверхностного слоя.

В качестве предварительной обработки выбираем карбидный отпуск (рис. 2), применяемый для быстрорежущих сталей с целью улучшения её обрабатываемости пластической деформацией и устранения растрескивания при холодной вырубке тонких заготовок (дисковых фрез, мелких метчиков). При отпуске сталь нагревают до 730-760⁰ С с выдержкой в течении 1-1,5 часов, при этом часть мелких карбидов растворяется. Последующее быстрое охлаждение (в масле или воде) фиксирует это состояние, что повышает пластичность, стали и несколько снижает предел текучести.

Рис. 2. Карбидный отпуск (предварительная термическая обработка)

Подъёмно-транспортное оборудование: используем однобалочный ручной мостовой кран, тележки.

Оборудование для нагрева: колпаковая печь.

Оборудование для охлаждения: охлаждение осуществляем в механизированном закалочном баке.

Дополнительное оборудование: очистка от масла производится в конвейерной моечной машине типа ММК в подогретом (до 80-90⁰ С) водном растворе кальцинированной соды (10% Na₂ CO₃ ); очистка от окалины осуществляется в травильной машине с краном, травление проходит в растворе серной кислоты (5-18%) при 40-90⁰ С.

В качестве окончательной термической обработки мы выбираем закалку с последующим трёхкратным отпуском (рис. 3).

Рис. 3. Закалка и трёхкратный отпуск (окончательная ТО)

Закалка:

Высокая скорость нагрева в соляных печах-ваннах может вызвать значительные внутренние напряжения, деформацию и образование трещин. Поэтому рекомендуется применять ступенчатый нагрев под закалку для инструментов из быстрорежущих сталей. Нагрев проводим с двумя подогревами: первый – при 650⁰ С с составом соляной ванны: 50% KCl и 50% Na₂ CO₃ ; второй – при 850⁰ С с составом соляной ванны: 30% KCl и 70% BaCl₂ .

Окончательный нагрев также проводим в соляной ванне, состав которой 100% BaCl₂ при 1210⁰ С.

Охлаждение при закалке проводим в масле, во избежание выделения карбидов.

Структуру стали после закалки покажем на рисунке 4.

Карбиды

Мартенсит

Остаточный аустенит

Рис. 4. Микроструктура стали Р6М5 (после закалки)

Отпуск:

При многократном отпуске из остаточного аустенита (А_ост ) выделяются карбиды, легированность аустенита уменьшается, и он претерпевает мартенситное превращение.

Отпуск производится при температуре 550⁰ С, с выдержкой в течении 1 часа и охлаждением на воздухе до 20⁰ С.

Подъёмно-транспортное оборудование: используем однобалочный ручной мостовой кран, тележки.

Оборудование для нагрева: для закалки – четырёхтигельная печь-ванна, для отпуска – колпаковая печь.

Оборудование для охлаждения: охлаждение осуществляем в механизированном закалочном баке.