способ термической обработки высокохромистой инструментальной стали на вторичную твёрдость

Формула изобретения

1. Способ термической обработки высокохромистой инструментальной стали на вторичную твердость, включающий подогрев, закалку с охлаждением в масле и многократный отпуск по 1 ч, отличающийся тем, что закалку выполняют от температуры 1070-1080^oС, затем проводят промежуточный отпуск при 400-420^oС в течение 1 ч, а многократный отпуск осуществляют три раза при 520-540^oС.

2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что последний отпуск совмещают с карбонитрацией или азотированием.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к области металлургии, а именно к термической обработке высокохромистых инструментальных сталей типа Х12М, Х12Ф1 и может быть использовано при изготовлении инструментов и деталей машин в машиностроении.

Известен способ термической обработки высокохромистой инструментальной стали на вторичную твердость, включающий закалку от температуры 1200^oС и многократный отпуск при 540^oС (см. Виницкий А.Г. и др. Влияние структуры на износостойкость штампов из стали Х12М // Материаловедение и термическая обработка металлов, 1972, 2, с. 74-76).

Однако вследствие чрезвычайно высокой легированности аустенита при нагреве под закалку после многократного отпуска (5-6 раз при 540^oС) дисперсионное твердение не обеспечивает получение высокой твердости инструмента, НRС_Э 52-54.

Наиболее близким к предлагаемому изобретению по технической сущности и достигаемому результату (прототипом) является способ термической обработки высокохромистой инструментальной стали на вторичную твердость, включающий подогрев, закалку от температуры 1100-1140^oС с охлаждением в масле и многократный отпуск при температуре 490-530^oС по одному часу. Закалка от этой температуры приводит к значительному легированию аустенита хромом за счет растворения первичных карбидов. При многократном отпуске (4-5 раз) твердость достигает НRС_Э 59-60 вследствие распада остаточного аустенита и выделения вторичных карбидов хрома (Сr₇С₃ и Сr₂₃С₆) (см. Позняк Л.А., Скрынченко Ю.М., Тишаев С.И. Штамповые стали, - М.: Металлургия, 1980, с. 169).

Основным недостатком данного способа термической обработки высокохромистой инструментальной стали на вторичную твердость является неудовлетворительная эксплуатационная стойкость инструмента вследствие низких значений твердости и прочности. Так, низкая твердость инструмента обусловлена тем, что высокая легированность аустенита хромом и крупное зерно затрудняют выделение вторичных карбидов хрома, то есть дисперсионное твердение, и получение высокой твердости, которая не превышает для этого способа термической обработки НRС_Э 60. Низкая прочность инструмента объясняется тем, что высокая температура закалки и растворения первичных карбидов сопровождается интенсивным ростом зерна.

Сущность изобретения заключается в том, что в способе термической обработки высокохромистой инструментальной стали на вторичную твердость, включающем подогрев, закалку с охлаждением в масле и многократный отпуск по одному часу, закалку выполняют от температуры 1070-1080^oС, затем проводят промежуточный отпуск при 400-420^oС в течение часа, а многократный отпуск осуществляют три раза при 520-540^oС.

Последний отпуск можно совмещать с карбонитрацией или азотированием.

Техническим результатом является повышение эксплуатационной стойкости инструмента путем повышения вторичной твердости и прочности.

В холодноштамповочном производстве широко применяются высокохромистые стали X12М, Х12Ф1. Присутствие в структуре этих сталей большого количества карбидов хрома обеспечивает, с одной стороны, высокую износостойкость стали, а с другой - пониженную прочность. Высокая легированность сталей создает устойчивые к растворению в аустените при нагреве под закалку карбиды хрома Сr₇С₃. Предлагаемая закалка от температуры 1070-1080^oС является оптимальной для растворения карбидов в аустените и усиления дисперсионного твердения при высоком отпуске при сохранении достаточно мелкого зерна (балл 8-9). Температура нагрева выше Ac₁ менее чем на 50^oС не обеспечивает растворение карбидной фазы в аустените и получение высокой вторичной твердости после отпуска, а температура нагрева выше Ac₁ более чем на 60^oС сопровождается ростом зерна стали (до балла 6-7), следствием чего является снижение ее прочности.

Промежуточный отпуск выполняется при температуре 400-420^oС, 1 ч, который обеспечивает равномерное выделение мелкодисперсионных карбидов цементитного типа (Fe, Сr)₃С, которые являются центрами образования вторичных карбидов, при этом снижается легированность аустенита хромом, что усиливает эффект дисперсионного твердения при высоком отпуске.

Отпуск ниже температуры 400^oС обедняет хромом карбиды цементитного типа, т.к. термодинамические условия недостаточны для выделения хрома.

Отпуск выше 420^oС усиливает флуктуационную подвижность атомов, которая сопровождается коагуляцией карбидной фазы и снижением ее дисперсности.

Отпуск при температуре 520-540^oС три раза по 1 ч сопровождается выделением из аустенита вторичных карбидов типа Сr₂₃С₆ и Сr₇С₃ для хромистых сталей и дисперсионного твердения на максимальную твердость НRС_Э 61-62 при высокой прочности (см. таблицу).

При температуре отпуска меньше 520^oС не происходит вторичного твердения, а при повышении температуры отпуска более 540^oС снижается вторичная твердость вследствие коагуляции карбидов и разупрочнения стали.

Таким образом, повышение вторичной твердости и прочности стали позволяет повысить эксплуатационную стойкость штампов холодного деформирования.

Способ термической обработки высокохромистой инструментальной стали на вторичную твердость поясняется таблицей, в которой приведены механические свойства образцов из инструментальных сталей Х12М, Х12Ф1 после стандартной термической обработки и термической обработки по способу-прототипу и предлагаемому способу.

Стандартный режим термической обработки высокохромистых сталей регламентируется ГОСТ 5950-73; заключается в закалке от 1020-1030^oС и отпуске при 200^oС в течение 1 ч на твердость НRС_Э 59-60.

Способ термической обработки высокохромистой инструментальной стали на вторичную твердость осуществляется следующим образом.

Образцы из сталей Х12М, Х12Ф1 подогревают при 840-860^oС. После этого выполняют закалку от температуры 1070-1080^oС с выдержкой и охлаждением в масле. Затем проводят промежуточный отпуск при 400-420^oС в течение часа и трехкратный отпуск при 520-540^oС. Последний из трехкратного отпуска можно совмещать с карбонитрацией или азотированием.

Пример конкретного выполнения предлагаемого способа.

Образцы из сталей Х12М, Х12Ф1 подогревают при 850^oС, после чего следует нагрев для закалки до 1070^oС, выдержка и охлаждение в масле.

Твердость составляет НRС_Э 58-59.

Последующий промежуточный отпуск выполняют при 410^oС, 1 ч. Этот отпуск сопровождается выделением дисперсных карбидов цементитного типа, понижая степень легированности аустенита и его устойчивость при высоком отпуске, что приводит к более быстрому и полному его распаду при дисперсионном твердении.

Трехкратный отпуск при 530^oС по 1 ч обеспечивает эффективное дисперсионное твердение с равномерным распределением карбидной фазы по сечению, высокую твердость образцов НRС_Э 62 и прочность _изг=3000 МПа.

Пример конкретного выполнения способа-прототипа.

Образцы из сталей Х12М, Х12Ф1 подогревают при 850^oС, затем следует закалка от 1120^oС в расплаве хлористых солей и охлаждение в масле. После чего выполняют отпуск при 520^oС, 5 раз по 1 ч для достижения твердости НRС_Э 59-60.

Результаты исследований приведены в таблице.

Как видно из таблицы, использование предлагаемого способа термической обработки высокохромистой инструментальной стали на вторичную твердость позволяет повысить твердость с НRС_Э 59-60 до НRС_Э 61-62 при одновременном увеличении прочности от _изг=2600 МПа до _изг=3000 МПа по сравнению с прототипом.

Таким образом, улучшение комплекса механических свойств позволяет повысить эксплуатационные свойства инструмента в холодноштамповочном производстве.