Обоснование выбора стали

Для изготовления режущего инструмента необходимо выбрать такую сталь, которая смогла бы работать при высоких скоростях резания. Сталь должна обладать высоким сопротивлением разрушению, твердостью в холодном и горячем состоянии и красностойкостью. Высоким сопротивлением разрушению и твердостью в холодном состоянии обладают углеродистые инструментальные стали, однако инструмент из них не в состоянии обеспечить высокоскоростные режимы резания. Легирование быстрорежущих сталей вольфрамом, молибденом, ванадием и кобальтом обеспечивает горячую твердость и красностойкость стали.

Г орячая твердость

При нормальной температуре твердость углеродистой стали даже несколько выше твердости быстрорежущей стали. Однако, в процессе работы режущего инструмента, происходит интенсивное выделение тепла. Вследствие повышения температуры режущей кромки начинается отпуск материала инструмента и снижается его твердость. После нагрева до 200 °C твердость углеродистой стали начинает быстро падать. Для этой стали недопустим режим резания, при котором инструмент нагревался бы выше 200°C. У быстрорежущей стали высокая твердость сохраняется при нагреве до 500-600°C. Инструмент из быстрорежущей стали более производителен, чем инструмент из углеродистой стали.

Красностойкость

Красностойкость характеризует сколько времени сталь будет выдерживать температуру, насколько долго закаленная и отпущенная сталь будет сопротивляться разупрочнению при разогреве.

Характеристики теплостойкости углеродистых и красностойкости быстрорежущих сталей

Марка стали	Температура отпуска,  °С	Время выдержки, час	Твердость, HRC
У7, У8, У10, У12	150-160	1	63
Р9, Р18	580	4	63
У7, У8, У10, У12	200-220	1	59
Р9, Р18	620-630	4	59

Таким образом, учитывая, что для изготовления режущего инструмента необходима сталь с высокой горячей твердостью и красностойкостью при высоких механических показателях, нам целесообразнее всего остановиться на стали Р9.

Термическая обработка

З акалка – термическая обработка, заключающаяся в нагреве стали до температуры выше критической, в выдержке и последующем охлаждении со скоростью, превышающей критическую. Закалка не является окончательной операцией термической обработки. Чтобы уменьшить хрупкость и напряжения, вызванные закалкой, и получить требуемые механические свойства, сталь после закалки обязательно подвергают отпуску. Закалка стали состоит в нагреве ее выше температур фазовых превращений, выдержке для завершения всех превращений и охлаждения с высокой скоростью с целью получения при комнатной температуре неравновесных структур, обеспечивающих более высокую прочность и твердость стали. В зависимости от температуры нагрева различают полную и неполную закалку. При полной закалке нагрев осуществляют на 30-50^оС выше Ac₃. После закалки получается мартенситная структура с некоторым количеством остаточного аустенита. При неполной закалке сталь нагревают на 30-50^оС выше Ac₁ ,но ниже Ac₃.

После закалки сталь имеет структуру высоколегированного отпущенного мартенсита с карбидами. Эта структура сохраняется до 600°C, что увеличивает скорость резания в 2-4 раза и стойкость инструмента в 10-30 раз, однако распад мартенсита происходит при 600°-650°C, однако при затвердевании быстрорежущей стали образуется ледебурит, который распадается по границам зерен, сталь относится к ледебуритному классу.

После ковки сетка дробиться и равномерно распределяется в основной матрице.

Далее сталь отжигают при 740°C для полного превращения аустенита в перлито-сорбитную структуру.

Отжиг — вид термической обработки металлов и сплавов, заключающийся в нагреве до определённой температуры, выдержке и последующем, обычно медленном, охлаждении.

Увеличенную теплостойкость сталь приобретает после закалки и многократного отпуска. При нагреве под закалку карбиды растворяются, образуется аустенитная структура с высокой прокаливаемостью и после закалки формируется мартенсит с высокой теплостойкостью.

Борьба с остаточным аустенитом

П осле закалки структура быстрорежущей стали состоит из высоколегированного мартенсита, содержащего 0,3-0,4% С, нерастворенных избыточных карбидов и около 30% остаточного аустенита. Остаточный аустенит снижает твердость, режущие свойства стали, ухудшает ее шлифуемость, иными словами, его присутсвие негативно сказываться на характеристиках стали. Для избавления от остаточного аустенита применяют отпуск. Отпуск стали можно проводить по двум различным режимам. Оба режима представлены нас схеме.

При многократном отпуске из остаточного аустенита выделяются дисперсные карбиды, легированность аустенита уменьшается, и он претерпевает мартенситное превращение. Обычно применяют трехкратный отпуск при 550-570°С в течение 45-60 минут.

Другой режим термической обработки заключается в том, что после закалки инструмент обрабатывается холодом при -80°C. При охлаждении от комнатной температуры до -80°C образуется дополнительно около 15-20% мартенсита и после обработки сохраняется 10-15% остаточного аустенита. Этот аустенит превращается в мартенсит после однократного отпуска при 550-570°С.

По заданию курсовой работы нам необходимо добиться твердости HRC 62-64 Как видно из графика, твердость после закалки составляет 62-63 HRC, а после отпуска увеличивается до 64 HRC.

Для проведения обработки холодом после закалки необходимы холодильные установки, которые охлаждают сталь до достаточно низкой температуры, поэтому с экономической точки зрения целесообразнее применить трехкратный отпуск.