11.3.7. Технология термической обработки режущего инструмента

11.3.7.1. Стали, применяемые для режущего инструмента

В инструментальном производстве технологические процессы термической обра­ботки режущего инструмента и оборудование для их осуществления выбирают с учетом химического состава используемой стали, вида инструмента, способа его изготовления и характера производства (единичного, серийного, массо­вого).

В табл. 11.76 приведены стали, наиболее часто применяемые при изготовлении режущего инструмента и указаны требования к их твердости в состоянии поставки.

Таблица 11.76

Стали, применяемые для режущего инструмента

Группа сталей	Марка стали	ГОСТ	ТУ	НВ, не более
Быстрорежущие	Р18, Р12, Р9, Р6М5, Р6М5Ф3, Р6М5К5, Р9К5, Р9К10, Р12Ф3, Р18К5Ф2, Р10К5Ф5, Р9М4К8	19265-73	-	255 269 285
	Р13Ф4К5 (ЭП600) Р9М4К6С (ЭП722) Р12М3Ф2К8 (ЭП657)	- - -	14-1-2394-78 14-1-2394-78 14-1-3714-84	285 285 269
Легированные	9ХС, ХВСГ, Х6ВФ ХВГ, Х12М, Х12Ф1, 6Х6В3МФС	5950-73	-	241 255
Углеродистые	У12А У13А	1435-74	-	207 217
Составы сталей Р12Ф4К5, Р8МЗК6С и Р12МЗФ2К8 приведены в справочнике.

11.3.7.2.Предварительная термическая обработка заготовок режущего инструмента

Отжиг. Отжигу подвергают заготовки инструмента после сварки, ковки, прокатки или штамповки, а также режущий инструмент, получивший при за­калке и отпуске неудовлетворительную структуру или недостаточную твердость.

Твердость после отжига должна быть не выше указанной в табл. 11.76. Применяе­мые в инструментальном производстве виды отжига и его режимы приведены в табл. 11.77 и на рис. 11.52.

Отжиг с непрерывным охлаждением и изотермический отжиг являются основ­ными видами отжига заготовки инструмента после ковки, штамповки, прокатки или сварки. Низкий отжиг применяют для заготовок из быстрорежущих сталей в тех случаях, когда предшествующий нагрев при горячей механической обработке или сварке происходит при относительно низких температурах и коротких вы­держках (например, при нагреве заготовок ТВЧ или сварке трением).

Ускоренный изотермический отжиг применяют перед повторной закалкой инструмента, не получившего в результате предшествующей термической обра­ботки необходимых свойств.

Сфероидизирующий изотермический и циклический ступенчатый отжиг применяют для получения в заэвтектоидных сталях среднезернистого перлита, обеспечивающего хорошую чистоту поверхности после обработки резанием.

Циклический бесступенчатый отжиг применяют для небольших заготовок или неправильно термически обработанного инструмента из быстрорежущей стали с целью ускорения процесса.

Предпочтительным является отжиг в защитной атмосфере, предохраняющий поверхность от окалинообразования и обезуглероживания, а также сокращаю­щий длительность процесса, поскольку заготовку или инструмент нагревают в от­крытом виде. При отсутствии защитной атмосферы в открытом виде нагревают только поковки и другие заготовки, имеющие достаточный припуск на последую­щую механическую обработку. Все остальные заготовки и инструмент уклады­вают в металлические коробки, в которые для предупреждения от обезуглерожи­вания при отжиге углеродистой и низколегированной стали засыпают отрабо­танный карбюризатор или смесь 85 % древесного угля и 10…15 % кальцинирован­ной соды, а при отжиге быстрорежущей стали — смесь 50 % свежей и 50 % быв­шей в употреблении чугунной стружки.

При отжиге в печах непрерывного действия (конвейерных и толкательных) заготовки в основном нагревают в открытом виде (редко в небольших коробках с упаковкой); время прогрева их до заданной температуры рассчитывают в за­висимости от толщины нагреваемого слоя заготовок и допустимого удельного времени прогрева; последнее обычно составляет для заготовок из углеродистой стали 1 мин/мм, из низколегированной стали — 1,5 мин/мм, из быстрорежущей стали — 2 мин/мм.

Время выдержки после прогрева заготовок и инструмента при указанных видах отжига составляет обычно 1…2 ч для углеродистых и 2…3 ч для быстроре­жущих сталей.

Общая продолжительность процесса, составляющая при изотермическом от­жиге для быстрорежущих и высокохромистых сталей 18…24 ч и для углероди­стых и низколегированных 14…18 ч, резко снижается при ускоренных способах отжига: при циклическом ступенчатом отжиге углеродистых сталей она равна 3…6 ч, при циклическом бесступенчатом отжиге быстрорежущих сталей в соляной ванне она, в зависимости от марки стали, уменьшается до 1,5…4 ч.

Высокий отпуск. Такой отпуск производят перед окончательной термической обработкой для того, чтобы снизить твердость, снять внутренние напряжения, появившиеся в процессе предшествующей холодной или горячей механической обработки и благодаря этому предотвратить значительную закалочную дефор­мацию инструмента.

В инструментальном производстве применяют два вида данной обработки (см. табл. 11.77). Первым из них является так называемый рекристаллизационный отжиг, заключающийся в медленном нагреве до 600…700 °С, выдержке в тече­ние 1…2 ч и охлаждении с печью, реже — на воздухе; этот отжиг применяют после холодной механической обработки инструмента, имеющего сложную форму или большое отношение длины к диаметру или толщине, с целью снятия наклепа, возникшего при обработке. Вторым видом является отпуск, осуществ­ляемый

Таблица 11.77

Виды и режимы предварительной термической обработки

заготовок инструмента

Операция	Группа сталей	Марка стали	№ ри­сунка	Нагрев		Изотермическая выдержка		Скорость охлажде­ния, °С/ч
				Темпера тура, °С	Время выдержки, ч	Темпе­ратура.	Время, ч
Отжиг с непрерыв­ным охлажде­нием	Углеродистые	У12А, У13А	1, а	760-780	2-3	—	—	≤50
	Низколегированные	ХВГ 9ХС, ХВСГ		770-790 790-810	2-3	—	—	≤50
	Высокохромистые	Х6ВФ 6Х6В3МФС XI2M, Х12Ф1		830-850 840-860 850-870	2-3	—	—	≤40
	Быстрорежущие	Р18, PI2, Р9, Р6М5, Р6М3		850-870	2-3	—	—	≤30
		Р18Ф2, Р14Ф4, Р9Ф5, Р18К5Ф2, Р10К5Ф5, Р9К5, Р6М5К5, Р9К10, Р9М4К8, Р8МЗК6С, Р12Ф4К5, Р12ФЗ, Р12МЗФ2К8, Р6М5ФЗ		860-880	2-3	—	—	≤25
Изотермический отжиг холодных заготовок	Углеродистые	У2А, У13А	1,б	760-780	1-2	680-700	1-2	≤50
	Низколегированные	ХВГ 9ХС, ХВСГ		770-790 790-810	1-2	700-720	3-4	≤50
	Высокохромистые	Х6ВФ 6Х6В3МФС Х12М, Х12Ф1		830-850 840-860 850-870	2-3	720-750	4-6	≤40
	Быстрорежущие	PI8, Р12, Р9, Р6М3, Р6М5		850-870	1-2	730-750	4-6	≤30
		Р18Ф2, Р14Ф4, Р9Ф5, Р18К5Ф2, Р10К5Ф5, Р12ФЗ, РЭК5, Р6М5К5, Р9К10, P9NV4K8, Р8МЗК6С, Р12Ф4К5, Р12М3Ф2К8, Р6М5Ф3		860-880	1-2	740-750	6-8	≤ 25
Изотермический отжиг подогре­тых заготовок	Все быстрорежущие стали		1, в	Накопление горячих заготовок в сборнике при 600-700 °С, далее изотермический отжиг
Низкий отжиг	Быстрорежущие	Р18, Р12, Р9, P6M3, Р6М5	1,г	—	—	730-750	2-3	≤ 30
Ускоренный изотермический от­жиг в соляных ваннах	Все быстрорежущие стали		1,б	860-880	0,5	740-750	0,5	На воз­духе 1

Операция	Группа сталей	Марка стали	№ рисунка	Нагрев		Изотермическая выдержка				Скорость охлаждения * °С/ч
				Температура, °С	Время выдержки, ч	Температура, °С		Время, ч
Сфероидизирующий изотермический отжиг	Все углеродистые заэвтектойдные стали		1, б	730-740	4-6		660-680	4-6	≤ 50
Циклический сту­пенчатый отжиг	То же		1, а	3-8 циклов с выдержками при температурах:
				750	0,5-1	680-700		0,5-1		≤ 50
	Все быстрорежущие стали		1, д	840-860	0,2-0,5	690-710		0,2-0,5		≤ 50
Циклический бесступенчатый от­жиг	Все быстрорежущие и другие высоколегиро­ванные стали		1, е	1–8 циклов в интервале температур:
				880-890	—	670-680		—		≤ 50
Высокий отпуск	Углероди­стые и низколегиро­ванные	Все марки	1, ж	600-700	2-3	—		—		С печью или на воздухе
	Быстро­режущие	То же	1, ж	650-700	1-2	—		—
	То же	» »	1, ж	760-780	0,25-0,5	—		—		На воз­духе
Нормализация	Углероди­стые	У12А, У13А	1, з	880-900	0,5	—		—		То же
	Низколеги­рованные	9ХС, ХВСГ	1, з	860-880	0,5	—		—
Улучшение: а)закалка б)высокий отпуск	Углеродистые Низколегированные	У12А, У13А 9ХС. ХВСГ	1, и	900-920 860- 880	В зависи мости от размера	—		—		В воде В масле
	Углеродистые Низколегированные	Все марки » »	1, к	640-680 700-720	1-2 1-2	—		—		С печью »
Карбидный отпуск	Все быстрорежущие стали			720-760	1-1,5	—		—		В масле
^*Там, где это специально оговорено, охлаждение с печью до 500^0С, далее на воздухе.

Продолжение таблицы 11.77

путем нагрева заготовок в соляной ванне при 760…780 °С в течение 15…30 мин и охлаждения на воздухе. Этот отпуск применяют для заготовок сверл диа­метром 16…50 мм из быстрорежущей стали, изготовленных методом секторного проката.

Он обеспечивает возможность последующей правки завитых заготовок без их поломки, но твердость снижает недостаточно: до НВ 293…311, что затрудняет последующую холодную механическую обработку.

Нормализация (см. табл. 11.77). Эту термическую операцию применяют к заго­товкам из стали У12А для метчиков и круглых плашек с целью улучшения их об­рабатываемости резанием и к заготовкам напильников из стали У13А для улуч­шения вида насечки и чистоты поверхности за счет происходящего при этом частичного устранения тонкой цементитной сетки по границам зерен и некото­рого повышения твердости заготовок.

Если же после нормализации твердость заготовок оказывается чрезмерно высокой, то для ее снижения до требуемого в данном случае уровня НВ 188…165 дополнительно проводят высокий отпуск при 600…650 °С.

Улучшение (см. табл. 11.77). Улучшение, как и нормализацию, применяют к заготовкам метчиков и плашек из стали У12А, чтобы достичь хорошей обрабаты­ваемости их резанием. Замена нормализации улучшением обеспечивает более полное и надежное устранение цементитной сетки и более равномерную твердость заготовок в партии. Иногда после закалки заготовок вместо высокого отпуска применяют сфероидизирующий отжиг, что способствует лучшей коагуляции кар­бидов.

Карбидный отпуск (см. табл. 11.77). Такой отпуск заключается в нагреве холод­нокатаной быстрорежущей стали до 720…760 °С и охлаждении в масле или воде перед холодной пластической деформацией. Он обеспечивает частичное растворе­ние мелкодисперсных карбидов, фиксируемое последующим быстрым охлажде­нием, что приводит к снижению предела текучести на 15…20 % и повышению пла­стичности. Карбидный отпуск применяют в целях улучшения обрабатываемости, устранения растрескивания этой стали, например, при холодной вырубке из нее заготовок тонких дисковых фрез или мелких (диаметром 4 мм) метчиков.

Методы контроля. Результаты предварительной термической обработки оценивают по твердости и микроструктуре. Твердость крупных заготовок изме­ряют по Бринеллю, мелких — по Роквеллу, шариком. Твердость сварных загото­вок определяют в зоне шва. Микроструктуру систематически контролируют только при отжиге заготовок заэвтектоидных сталей на зернистый перлит и на сварных заготовках в зоне шва; при остальных видах предварительной термической обра­ботки контроль микроструктуры — только периодический.