СПОСОБ УПРОЧНЯЮЩЕЙ ТЕРМИЧЕСКОЙ ОБРАБОТКИ УГЛЕРОДИСТЫХ ИНСТРУМЕНТАЛЬНЫХ СТАЛЕЙ

Изобретение относится к области металлургии, а более конкретно к термической обработке, в частности к термической обработке углеродистых инструментальных сталей.

Углеродистые инструментальные стали, содержащие более 0,8% углерода (заэвтектоидные), широко используют для изготовления различных инструментов, таких как вытяжные штампы для холодной штамповки при диаметре пуансона до 25 мм и режущий инструмент, не испытывающий в процессе работы нагрева выше 190-200°C.

Стандартная упрочняющая термическая обработка подобных изделий из данных сталей заключается в неполной закалке с температуры 760-780°C, соответствующей аустенитно-цементитной структуре с получением структуры, состоящей из мартенсита закалки и вторичного цементита, и последующем отпуске, заключающемся в нагреве до температуры, не превышающей 150-170°C, что обеспечивает сохранение твердости на уровне 62-63 HRC, и выдержке при данной температуре продолжительностью 1-2,5 ч в зависимости от сечения изделия, так как отсутствие отпуска после закалки делает инструмент слишком хрупким, закалочные остаточные напряжения сохраняются, а микроструктура его материала остается метастабильной, что в совокупности ведет к выкрашиванию режущей кромки и образованию трещин. Актуальной является задача снижения продолжительности отпуска инструмента из заэвтектоидной углеродистой стали У10-У13 при обеспечении достаточной вязкости его материала.

Известен способ снятия остаточных напряжений на поверхности металлических изделий (см. патент RU 2458155 C1, 10.08.2012 г. Бюл. №22).

Снятие растягивающих остаточных напряжений на поверхности металлических изделий осуществляют за счет воздействия на них пульсирующего дозвукового воздушного потока, имеющего частоту 1130-2100 Гц и звуковое давление 120-140 дБ, при комнатной температуре.

Основным недостатком данного известного способа является отсутствие повышения твердости и прочности изделия.

Наиболее близким по технической сущности к заявляемому изобретению является способ термической обработки углеродистых инструментальных сталей У10-У13 (см. Ю.М. Лахтин, В.П. Леонтьева. Материаловедение. - М.: Машиностроение, 1990. С.350), принятый в качестве ближайшего аналога.

В соответствии с данным способом, углеродистые инструментальные стали У10-У13 подвергают закалке с температуры 760-780°C и последующему отпуску при 150-170°C.

Основными недостатками данного известного способа являются снижение твердости стали в процессе отпуска и значительная продолжительность термической обработки.

Перед заявляемым изобретением поставлена задача сокращения продолжительности технологического процесса упрочняющей термической обработки заэвтектоидных углеродистых инструментальных сталей и обеспечения более высоких значений показателей твердости, притом что инструмент не становится более хрупким.

Решение поставленной задачи достигается тем, что углеродистые инструментальные стали У10-У13 подвергают закалке с температуры 760-780°C и последующему воздействию на них при комнатной температуре пульсирующего дозвукового воздушного потока, имеющего частоту 1130-2100 Гц и звуковое давление 120-140 дБ.

Таким образом изобретение позволило получить технический результат, а именно: сократить в 2-4 раза продолжительность технологического процесса упрочняющей термической обработки заэвтектоидных углеродистых инструментальных сталей и обеспечить более высокие значения показателей твердости, притом что инструмент не становится более хрупким.

Заявляемое изобретение реализуется следующим образом.

Углеродистые инструментальные стали У10-У13 подвергают закалке с температуры 760-780°C на структуру, состоящую из мартенсита закалки и вторичного цементита, после чего при комнатной температуре подвергают в течение 10-15 минут воздействию пульсирующего дозвукового воздушного потока, имеющего частоту 1130-2100 Гц и звуковое давление 120-140 дБ, оказывающего комплексное влияние на метастабильную структуру мартенсита и способствующего протеканию в ней процессов, аналогичных превращениям при низком отпуске, вызывая при этом более значительное, чем при низком отпуске, снижение остаточных напряжений.

Испытания, проведенные на образцах из углеродистой инструментальной стали У12, показали, что после описанной обработки их твердость до 2 единиц HRC превышает твердость после стандартного отпуска. При этом ударная вязкость после данной обработки не уступает ударной вязкости образцов после аналогичной закалки и стандартного отпуска, что может быть объяснено, прежде всего, более интенсивной, чем при отпускном нагреве, релаксацией остаточных закалочных напряжений в результате распространения в стали механических волн, генерируемых пульсациями газового потока.

Данный способ позволяет применять обработку пульсирующим газовым потоком к режущему, штамповому и другому инструменту из заэвтектоидных углеродистых инструментальных сталей, подвергаемых закалке на мартенситно-цементитную структуру.

Таким образом, изобретение позволило получить технический результат, а именно: сократить в 2-4 раза продолжительность технологического процесса упрочняющей термической обработки углеродистых инструментальных сталей и обеспечить более высокие значения показателей твердости, притом что инструмент не становится более хрупким.