Опыт промышленного применения режущего инструмента из порошковых быстрорежущих сталей показал, что наиболее характерными причинами выхода инструмента из строя является износ и скалывание рабочей части, причем доля инструмента, вышедшего из строя в результате выкрашивания, выше чем в результате износа. Особенно это проявляется на инструменте из порошковой быстрорежущей стали, который в процессе эксплуатации испытывает ударные нагрузки.
Поэтому целью данной работы является сравнительные исследования влияния режимов термической обработки на структуру и свойства сталей Р6М5Ф3-МП и Р6М5Ф3.
Исследования проводили на образцах диам.30 мм. Химический состав стали Р6М5Ф3 соответствовал ГОСТ 19265-73, сталь Р6М5Ф3-МП содержала 1,27 %С ; 4,20%Сr; 6,70% W ; 5,87 % Мо ; ( ТУ 14-1-3647-83). В состоянии поставки прутки стали Р6М5Ф3-МП имели структуру сорбитообразного перлита с равномерно распределенной карбидной фазой до 1мкм и твердостью не более НВ255.
Для механических испытаний изготавливали образцы короткие №6 тип III ГОСТ 1497-84, для определения ударной вязкости образцы размером 5х5х55 мм без надреза ГОСТ 9454-78.
С целью косвенной оценки степени компактирования порошка и слитка литой быстрорежущей стали были проведены сравнительные испытания механических свойств образцов из сталей Р6М5Ф3-МП и Р6М5Ф3 в отожженном состоянии. Результаты испытаний показывают, что прочностные свойства порошковой стали выше, чем у литой, пластичные — практически одинаковы. Это свидетельствует о высокой степени компактирования порошковой быстрорежущей стали при прокатке:
Сталь σ в,МПа σ 0,2,МПа δ , % φ , % Ан,Дж/см2
Р6М5Ф3-МП 853 470 18,5 28 175…185
Р6м5ф3 784 441 13 30 190…210
Закалку проводили от температур 1170 …1250º С ( через 20 ºС с предварительным подогревом. После закалки проводили 3-кратный отпуск при 560º С по 1 часу.
Металлографические исследования, проведенные на микроскопе «Neophot -2» , показали, что при одинаковых режимах термической обработки в стали Р6М5Ф3-МП зерно аустенита более мелкое, чем в стали Р6М5Ф3, что обусловлено мелкозернистой равномерно распределенной карбидной фазой в исходном состоянии, которая тормозит рост зерна. Твердость стали Р6М5Ф3-МП после закалки выше на 0,5 …1,0 НRC, чем стали Р6М5Ф3 при всех исследованных температурах нагрева под закалку. Наследование исходной структуры стали формирует в процессе термической обработки более однородную и мелкозернистую структуру с равномерным распределением карбидной фазы, что и объясняет более высокую твердость и ударную вязкость порошковой быстрорежущей стали по сравнению с литой сталью. Причем, ударная вязкость обеих сталей при повышении температуры нагрева под закалку уменьшается, однако значение ударной вязкости стали Р6М5Ф3-МП выше, чем стали Р6М5Ф3 до температуры 1220º С.
При более высоких температурах закалки значения ударной вязкости становятся практически одинаковыми для обеих сталей, видимо, вследствие единого механизма разупрочнения сталей при температурах свыше 1220º С., а более низкие значения ударной вязкости стали Р6М5Ф3-МП при этих температурах, могут вызываться неконтролируемой пористостью материала.
Поэтому для инструмента, испытывающего при работе ударные нагрузки, закалку рекомендуется проводить с 1170ºС…1190ºС.
Была проанализирована зависимость ударной вязкости термически обработанных сталей от твердости, так как надежность работы инструмента обеспечивается наряду с высокой твердостью и высокой ударной вязкостью, особенно при прерывистом точении. Было определено, что абсолютные значения ударной вязкости порошковой быстрорежущей стали выше во всем исследуемом интервале твердости.
Твердость инструмента выше 69…70 HRC не всегда оправдана, так как вызывает охрупчивание последнего.
Поэтому для получения в стали Р6М5Ф3-МП твердости 65…67 HRC целесообразно проводить закалку от 1190 С…1210 ºС, а стали Р6М5Ф3 – 1210 С…1230º С.
Красностойкость стали Р6М5Ф3-МП – 625 С, стали Р6М5Ф3 – 610 С.
Таким образом, температуру нагрева под закалку инструмента из порошковой быстрорежущей стали Р6М5Ф3-МП целесообразно проводить с температур 1190 …1210º С. Для инструмента из компактной быстрорежущей стали, испытывающего при работе большие ударные нагрузки, температура закалки должна быть понижена до 1170…1190 ºС. Быстрорежущая сталь, полученная методом порошковой металлургии, при термической обработке на заданную твердость обладает более высокими механическими свойствами по сравнению с аналогичной литой сталью, вследствие получения однородной мелкозернистой структуры с равномерным распределением высокодисперсной карбидной фазы.
Евгений Колягин