4.2. Влияние исходной (отожженной) структуры брс на структуру закаленной стали

Структура БРС в состоянии поставки (отожженном) оценивается распределением карбидов, эта характеристика регламентирована ГОСТ 19265-73, а также размерами карбидных частиц.

Карбидная неоднородность оценивается баллами стандартной шкалы – меньший балл соответствует более равномерному распределению. Равномерное по сечению распределение оценивается баллами 1 и 2, строчечное распределение – баллами 3, 4, наличие неразбитой эвтектической сетки характеризуется баллом, начиная с №5. Более равномрное распределение карбидов обеспечивает большую прочность БРС. Традиционная металлургическая технология (литье, ковка и прокат) не позволяет получить «идеальную» структуру БРС.

Распределение карбидов зависит от степени деформации слитка. Она оценивается отношением разности между начальной и конечной площадями и начальной площади:

(F_нач.-F_кон.)/F_нач.

Меньшие степени деформации соответствуют прокату большего сечения. При диаметре проката 50 мм и более карбидная неоднородность характеризуется баллом 5 или большим. Наличие эвтектической сетки в структуре отожженной стали предопределяет разнозернистость структуры закаленной стали. Ее характеризуют отношением среднего квадратичного отклонения размера (условного диаметра) зерна и его среднего значения.

Таким образом, разнозернистость мало проявляется в прокате диаметром до 40 мм, она характерна для проката диаметром 50 мм и более. В структуре такой стали имеются области как с малым, так и крупным зерном. Наличие крупнозернистых участков повышает вероятность сколов режущей кромки.

Размеры карбидов определяют склонность БРС к росту зерна при нагреве под закалку. Чем мельче размеры карбидных частиц, тем большей поверхностью раздела обладают карбиды и тем эффективнее они сдерживают рост зерна при нагреве.

При одинаковой температуре закалки заметный рост зерна наблюдается при увеличении среднего размера карбидных частиц свыше 3 – 5 мкм.

При закалке от одинаковой температуры сталь с мелкими карбидами будет иметь преимущество в прочности из-за более мелкого зерна. При закалке на одинаковую величину зерна сталь с карбидами малых размеров закаливают от более высокой температуры. Это обеспечивает более высокую легированность твердого раствора и, таким образом, большую теплостойкость..

Величина карбидов традиционно изготавливаемых БРС может достигать 10 – 15 мкм (у молибденовых сталей размеры карбидов меньше, чем у вольфрамовых).

Улучшение структуры отожженной стали достигается специальными технологиями металлургического производства.

Порошковые БРС.Расплавленная сталь распыляется в инертном газе (во избежание окисления), в результате получают порошок дисперсностью 100 600 мкм. Порошки прессуют в холодном состоянии, вакуумируют, и затем осуществляют горячее прессование при 1150 – 1200⁰С и давлении 140 – 150 Мпа. Полученные заготовки куют на требуемые размеры.

Распределение карбидов соответствует баллу 1 в больших сечениях, размеры карбидов 2-3 мкм. Прочность и ударная вязкость порошковой стали в 2 – 3 раза больше, чем у стали, полученной традиционно.

Метод является дорогостоящим, поэтому его применения целесообразно, когда полученные преимущества оправданы экономически. Он целесообразен при производстве дорогостоящих кобальтовых БРС повышенной производительности, обладающих высокой твердостью и теплостойкостью, но имеющих низкие механические свойства при обычном способе производства. Применение для получения проката больших диаметров позволяет улучшить структуру и, следовательно, свойства и стойкость крупногабаритных дорогостоящих инструментов.

Электро-шлаковый переплав (ЭШП) заключается в переплаве отливки БРС. Отливка является одним из электродов, кристаллизатор (в нем кристаллизуется расплавленный металл) – вторым. Ток от заготовки к кристаллизатору проходит через электропроводящий шлак. Шлак расплавляется, его температура при этом выше температуры плавления БРС. Заготовка БРС постепенно расплавляется, жидкий металл проходит через шлак и кристаллизуется одновременно по сечению кристаллизатора. Это обеспечивает лучшее распределение карбидов. Более высокая скорость кристаллизации способствует также уменьшению размеров карбидных частиц.

ЭШП рекомендуется использовать для получения крупногабаритных заготовок.