5 основных советов по термообработке быстрорежущей стали | MachineMFG

5 основных советов по термообработке быстрорежущей стали

0
(0)

1. Соляная ванна для постепенной закалки быстрорежущей стали

Китай использует нагрев в соляной ванне и закалку быстрорежущей стали по формуле 5-3-2 (массовая доля, %) из бывшего Советского Союза, которая включает 50BaCl2+30KCl+20NaCl. Эта формула имеет температуру плавления 560 ℃ и температуру эксплуатации от 580 до 620 ℃.

Для инструментов или деталей из быстрорежущей стали с эффективными размерами менее 20 мм можно достичь высоких уровней твердости, превышающих 65HRC. Детали из стали HSS-E, напротив, могут достигать твердости ≥ 66HRC.

Инструментальная промышленность Китая использует эту градацию процесс закаливания достижение высоких результатов на провинциальном, министерском и национальном уровнях, что свидетельствует о его огромной жизнеспособности.

С течением времени и развитием технологий люди осознали важность скорости охлаждения, и выяснилось, что средняя скорость охлаждения заготовки при температуре от 800 до 1000 ℃ составляет менее 7 ℃ ⁄ с. Такая низкая скорость охлаждения приводит к выпадению карбида, что влияет на твердость и другие свойства стали.

В результате в Китай из Европы и США была завезена градиентная соль на основе кальция, стоившая немалых денег. Ее формула (массовая доля, %) - 48CaCl2+31BaCl2+21NaCl, с температурой плавления 435℃ и температурой эксплуатации от 480 до 560℃.

Чтобы упростить формулу, некоторые китайские фабрики перешли на 50CaCl2+30BaCl2+20NaCl. Этот вариант имеет немного более высокую температуру плавления, чем традиционные соли на основе кальция, но температура классификации остается на уровне 480-560℃.

Бывший Советский Союз впервые представил технологию солевых ванн на основе Ca в 1940-х годах, а затем поделился ею с Китаем в 1950-х. Многие фабрики экспериментировали с ней в 1960-х годах.

Во время своей работы в Гуйлине с 1974 по 1978 год автор использовал соляную ванну на основе Са. Однако из-за редкой работы печи и высокой гигроскопичности соляной ванны он был вынужден прекратить ее использование.

На некоторых заводах были проведены полевые испытания скорости охлаждения соляных ванн с градиентом. В частности, скорость охлаждения φ40-миллиметровых заготовок при 800-1000℃ и 550℃ составляет 7 ℃/с, что указывает на то, что эффективный размер может быть полностью закален ниже 40 мм. Между тем, серия заготовок φ25 мм охлаждается при 500℃ на основе кальция, а скорость охлаждения при 800-1000℃ составляет 9 ℃/с.

Несомненно, скорость охлаждения заготовок в соляной ванне на основе бария при температуре 580-620℃ от 1000-800℃ медленнее, чем скорость охлаждения заготовок в соляной ванне на основе кальция при температуре 480-560℃.

Для заготовок с эффективным диаметром 20-40 мм предпочтительнее использовать соль на основе кальция, но при размерах менее 20 мм в этом нет необходимости. Решающим фактором является то, как контролировать температуру соляной ванны ниже 600℃.

Для заготовок диаметром более 40 мм сначала применяется масляное охлаждение, затем градиентное солевое охлаждение, а затем градиентное в селитре, чтобы обеспечить твердость термообработки ≥65HRC.

2. Степень и время закалки

После закалки быстрорежущая сталь должна быть подвергнута отпуску для четырех целей:

① Чтобы полностью устранить напряжение при закаливании.

② Для полного разложения остатков аустенит.

③ Для достижения наилучшего эффекта вторичной закалки.

④ Для достижения необходимых комплексных механических свойств и оптимальной производительности.

Рекомендуемая температура отпуска составляет от 540 до 560 ℃.

Есть ли закаливание в соляной ванне или используется вакуумная закалка, рекомендуется использовать солевую ванну 100% KNO3 или 100% NaNO3 в течение 1 часа.

После каждого процесса отпуска сталь должна быть охлаждена до комнатной температуры перед началом следующего процесса отпуска.

Как правило, количество операций отпуска составляет три. Однако в случаях, когда отпуск недостаточен, или для деталей из высокопроизводительной быстрорежущей стали, подвергнутых изотермической закалке, необходимо проводить четыре отпуска.

Степень закалки обычно подразделяется на три уровня, основанные не на количестве циклов закалки, а на металлографическом виде.

Уровень I (Адекватный): Характеризуется наличием черных закаленных мартенсит и крапчатый карбид на металлографе.

Уровень II (промежуточный): Белые участки или карбидные отложения присутствуют в отдельных областях.

Уровень III (неадекватный): Большая часть поля зрения состоит из белых областей, а закаленные зерна видны слабо.

Если в диапазоне температур отпуска требуется поверхностная упрочняющая обработка, например, обработка паром или азотом с кислородом, можно достичь степени отпуска II класса, что приведет к экономии энергии.

Степень закалки следует оценивать путем травления спиртовым раствором азотной кислоты 4% при температуре от 18 до 25°C в течение 2-4 минут и наблюдения под микроскопом с кратностью 500х, исходя из наихудшего поля зрения.

3. Вторичная бейнитная обработка

Инструментальные заводы часто используют бейнитную обработку для повышения вязкости, прочности и режущих свойств инструментов. Это включает в себя градуировку нейтральной солевой ванны при температуре 480℃ - 560℃ и немедленный перенос в нитратную ванну 240℃ - 280℃ для изотермической обработки в течение 1 - 2 часов.

Вторичная бейнитная обработка специально подходит для крупногабаритных резцов с чрезвычайно сложные формыНапример, фрезы и варочные головки с модулем упругости > 15, а также перфорированные фрезы с эффективной толщиной > 100 мм.

Во время первой бейнитной обработки образуется нижний бейнит от 40% до 50%, а также остаточный аустенит и небольшое количество карбида.

Во время первого отпуска остаточный аустенит в больших количествах превращается в мартенсит.

После первого отпуска инструмент не следует охлаждать на воздухе. Вместо этого он должен быть непосредственно перенесен в соляную ванну при температуре от 240℃ до 280℃ для изотермической обработки в течение определенного периода времени. Это позволит предотвратить трансформацию сохранившийся аустенит в мартенсит и в бейнит, что известно как вторичная бейнитная обработка.

Этот метод может помочь уменьшить и предотвратить тенденцию к растрескиванию больших и сложных инструментов.

Процесс вторичной бейнитной обработки более сложен, но очень полезен для предотвращения растрескивания крупных инструментов во время термообработки.

Процесс отпуска должен проходить медленно, и каждый отпуск должен осуществляться при температуре ниже 500℃.

Обдув после закалки не допускается; лучше охладить инструмент статически.

В результате вторичной бейнитной обработки четыре раунда отпуска могут оказаться недостаточными, и необходимо провести дополнительный отпуск.

4. Термическая обработка инструмента для сварки трением

Сварка трением широко используется как в стране, так и за рубежом для производства стержневых фрез диаметром более φ10 мм, поскольку позволяет экономить дорогостоящую быстрорежущую сталь.

При сварке трением создается температура более 1000 ℃, что приводит к большой разнице температур в небольшой зоне с обеих сторон шва.

Прямое охлаждение воздухом после сварки приводит к мартенситному превращению на стороне сварного шва из быстрорежущей стали, в то время как перлитное превращение происходит только на стороне конструкционной стали, охлаждаемой воздухом.

Разница в удельном объеме вызывает значительное организационное напряжение, приводящее к растрескиванию.

Чтобы предотвратить это, сваренный инструмент после сварки необходимо сразу же поместить в печь с температурой 650~750 ℃ для теплоизоляции.

После заполнения зарядного бака инструмент следует оставить на 1~2 часа для отжиг.

Инструмент следует вынуть из печи для воздушного охлаждения, как только температура в печи опустится ниже 500 ℃.

Если объем производства слишком велик для соблюдения вышеуказанного процесса, сварной шов необходимо выдержать при температуре сохранения тепла в течение 740 часов. Этот процесс позволит обеим сторонам сварного шва полностью превратиться в перлит+сорбит, после чего инструмент можно охладить на воздухе и снова отжечь.

Дискуссия о закалке инструментов для сварки трением сосредоточена на том, стоит ли перегревать сварной шов. Аргументы в пользу перегрева сварного шва включают улучшение исходной структуры, повышение качество сварки и прочности, а также полное использование быстрорежущей стали. С другой стороны, среди аргументов против нагрева сварного шва - риск образования закалочных трещин и возможные споры о качестве.

После успешной вакуумной закалки сварочных инструментов сомнения по поводу трещин, вызванных сверхнагревом сварного шва после закалки в соляной ванне, уменьшились. Однако автор, основываясь на практике и опыте, настаивает на том, что сверхнагрев сварного шва не приводит непосредственно к закалочным трещинам.

В настоящее время большинство инструментальных заводов используют нагрев на 15-20 мм ниже, чем сварной шовчто приводит к сокращению длины резки быстрорежущей стали, отходам и неэкономичности.

Категорически запрещается травить инструменты, нагретые суперсваркой. В тех случаях, когда травление необходимо, концентрация кислоты, время травления и температура кислоты должны тщательно контролироваться, чтобы предотвратить водородное охрупчивание.

5. Криогенная обработка

Микроструктура инструментов из быстрорежущей стали после обычной закалки и отпуска состоит из закаленного мартенсита, незначительного количества сохранившийся аустенит, и карбид.

Автор считает, что нет необходимости устранять оставшиеся следы (<5%) сохранившегося аустенита.

После обычного закалка и отпуск при 550-570℃ в течение 1 часа, 3 раза, термическая обработка инструментов из быстрорежущей стали достигла оптимального уровня, и дальнейшая обработка глубоким охлаждением может принести больше вреда, чем пользы.

Аустенит - это очень мягкая фаза в структуре стали, твердость которой составляет всего около 200HBW. По сравнению с желаемой твердостью 65-66HRC для инструментов из быстрорежущей стали, очевидно, что избыток сохранившегося аустенита не сделает инструменты более твердыми.

В ходе экспериментов японский ученый Ичиро Иидзима и его команда обнаружили, что остаточный аустенит ниже 15% не снижает твердость инструмента, но повышает пластичность и вязкость стали.

Поэтому уменьшение остаточного аустенита с помощью криогенной обработки будет негативно сказываться на вязкости инструмента.

С 1970-х годов до начала XXI века многие отечественные инструментальные заводы проводили холодную и криогенную обработку резцов из быстрорежущей стали.

Было много неудач и всего несколько успехов.

Хотя наша компания уже несколько лет проводит криогенную обработку, мы не достигли значительных результатов. Поэтому оборудование было законсервировано.

По сравнению с другими сверхтвердыми материалами, наиболее значительным преимуществом инструментов из быстрорежущей стали является их несколько более высокая вязкость.

Криогенная обработка позволяет уменьшить количество остаточного аустенита, но при этом снижается вязкость инструмента.

Разве это не похоже на втирание соли в рану?

Доказано, что сохранение аустенита менее 5% безвредно для использования инструмента.

Твердость стали HSS составляет 65-66HRC, а стали HSS-E - 66-67HRC.

При одинаковых условиях, чем выше твердость, тем меньше износ инструмента и тем выше его долговечность.

Из этого можно сделать вывод, что сохранившийся аустенит, снижающий твердость, нежелателен.

Однако срок службы инструмента определяется не только его твердостью.

Чрезмерная твердость увеличивает хрупкость, что не продлевает, а сокращает срок службы инструмента.

На срок службы инструментов из быстрорежущей стали влияет множество факторов.

Поэтому слепо гнаться за высокой твердостью не рекомендуется.

Наш принцип - стремиться к высокой твердости, обеспечивая при этом достаточную прочность.

Исходя из опыта, криогенная обработка не повышает твердость полностью закаленных инструментов и не улучшает их термическую твердость. Напротив, она может снизить их вязкость.

Однако некоторые отечественные инструментальные заводы подвергают криогенной обработке некоторые фрезы, например, фрезы для бритья и небольшие модульные варочные панели, чтобы устранить напряжение и стабилизировать их размер. Это особенно важно, поскольку оба этих инструмента центрируются по внутреннему диаметру, и очень важно, чтобы он не менялся в процессе эксплуатации. Кроме того, некоторые высококлассные измерительные инструменты и пресс-формы из быстрорежущей стали могут выиграть от криогенной обработки для стабилизации их размеров.

После обычной закалки и отпуска в конструкциях из быстрорежущей стали обычно сохраняется незначительное количество аустенита. Хотя это не оказывает существенного влияния на механические свойства инструментов и их использование, ведутся споры о необходимости криогенной обработки.

Чтобы определить, полезна ли криогенная обработка, необходимо большое количество экспериментальных данных и примеров применения. Однако эксперименты автора привели его к противоположному мнению. Стоит отметить, что существуют сотни производители инструментов в Китае, которые не применяли криогенную обработку.

Хотя криогенная обработка часто преподносится как достижение научных исследований или лабораторный продукт, ее продвижение не имеет широкого успеха. Так называемый "новый процесс закалки" может оказаться недолговечной тенденцией.

Процесс, о котором идет речь, остается зрелым и уже неоднократно использовался в массовом производстве.

Как говорится, "практика - единственный критерий проверки истины", и любой новый процесс должен оправдать себя на практике.

Заключение

Термообработка быстрорежущей стали может показаться сложной, но при серьезном и смелом подходе, а также многократной практике и смелых инновациях, мы, безусловно, можем производить высококачественную и долговечную продукцию. режущие инструменты и внести значительный вклад в возрождение механической промышленности.

Насколько публикация полезна?

Нажмите на звезду, чтобы оценить!

Средняя оценка 0 / 5. Количество оценок: 0

Оценок пока нет. Поставьте оценку первым.

Так как вы нашли эту публикацию полезной...

Подписывайтесь на нас в соцсетях!

Сожалеем, что вы поставили низкую оценку!

Позвольте нам стать лучше!

Расскажите, как нам стать лучше?

Оставьте комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *

Прокрутить вверх