Отпуск быстрорежущей стали

31.05.2018
Отпуск быстрорежущей стали имеет целью: 1) снять значительные остаточные напряжения, образующиеся в стали в процессе закалки; 2) перевести остаточный аустенит закаленной стали в мартенсит и повысить ее твердость до 62—65 Rс; 3) перевести мартенсит, образующийся при закалке и называемый первичным, в более вязкий мартенсит отпуска, называемый вторичным.

Структура стали после отпуска состоит из мартенсита и карбидов.

Отпуск инструмента, в качестве общего правила, надо производить немедленно после закалки, для того чтобы остаточные напряжения не вызывали образования трещин, возникающих иногда не только в процессе охлаждения стали при закалке, но и после длительного выдерживания закаленного инструмента при комнатной температуре.

При отпуске закаленной быстрорежущей стали в интервале 250—400° твердость ее понижается, что связано с выделением субмикроскопических карбидов из аустенита и уменьшением напряженного состояния. После отпуска при более высокой температуре (500—580°) твердость стали возрастает, как это показывает диаграмма фиг. 58. Работы советских ученых и особенно С.С. Штейнберга и его учеников показали, что при нагреве быстрорежущей стали для отпуска в интервале температур 500—580° происходит процесс выделения части карбидов из аустенита, а при последующем охлаждении происходит превращение аустенита в мартенсит.
Отпуск быстрорежущей стали

Оптимальной температурой нагрева при отпуске является 550—570° для стали марок РФ1, ЭИ262 и ЭИ347 и 540—550° — для стали ЭИ184.

После одного отпуска длительностью час в структуре стали обычно сохраняется еще некоторое количество остаточного аустенита, в результате чего ее твердость и режущие свойства возрастают недостаточно. Для максимально полного перевода остаточного аустенита в мартенсит необходимо провести два-три отпуска для инструмента из стали РФ1 и ЭИ262. Такой многократный отпуск повышает вязкость стали и стойкость инструмента даже в тех случаях, когда твердость стали возрастает при этом незначительно. Так, например, сталь РФ1 получает после закалки твердость 60—63 Rс, а после первого отпуска продолжительностью час — твердость 62—63,5 Rс. В этом случае после второго и третьего отпусков твердость стали РФ1 достигает 63—65 Rс.

Сталь ЭИ184 необходимо часто подвергать большему количеству отпусков: трем—четырем, а иногда и более. Необходимость выполнения этих дополнительных отпусков возникает в случае более высокого нагрева стали ЭИ184 при закалке (1200°), создающего рост зерна и увеличивающего количество и устойчивость остаточного аустенита, или когда сталь ЭИ184 содержит в отдельных плавках хром и углеродно верхнему пределу: 0,9—1,0% С, 8,0—9,0% Cr.

На фиг. 59 приведена микроструктура стали ЭИ184 после закалки с нагревом 1200° (выдержка в соляной ванне 2 мин.) и трехкратного отпуска при 550°. Микрофотография показывает, что сталь ЭИ184 после отпуска сохранила значительное количество остаточного аустенита, внутри сильно выросших зерен которого образовались крупные иглы мартенсита. Твердость стали составила 54—56 Rс после закалки, 59—60 Rс после трехкратного отпуска и 62—62,5 Rс после пятикратного отпуска. Фасонный инструмент, изготовленный из стали, получившей такое крупное зерно, имеет низкую стойкость в работе ввиду значительной хрупкости.

В случае нагрева стали ЭИ184 при закалке в интервале 1160—1180° она получает твердость 62,5—64 Rс после трехкратного отпуска.

Микроструктура правильно закаленной и отпущенной стали РФ1 приведена на фиг. 60, а стали ЭИ184 — на фиг. 56.

Достаточно полный распад аустенита и необходимое повышение твердости в инструменте, изготовленном из стали марок РФ1 и ЭИ262, можно получить также в результате однократного отпуска продолжительностью 4—6 час. Исследования В.Я. Дубового показали, что стойкость резцов, изготовленных из стали РФ1 и прошедших трехкратный отпуск продолжительностью по одному часу, практически не отличается от стойкости таких же резцов, получивших после закалки однократный отпуск продолжительностью 4—5 час.

Однако фасонный инструмент получает лучшую стойкость после трехкратного отпуска продолжительностью примерно по часу, чем после длительного однократного отпуска, так как применение последнего не позволяет достаточно полно снять внутренние напряжения, образующиеся в результате превращения аустенита в мартенсит при охлаждении в процессе отпуска. Последующий нагрев при многократном отпуске снимает эти напряжения и повышает вязкость стали, что особенно необходимо в фасонном инструменте с тонкими режущими гранями.

По этим соображениям некоторые заводы производят третий отпуск инструмента, изготовленного из стали РФ1 и ЭИ262, не при 550°, а при 200—250°. Низкий отпуск не вызывает изменений в структуре, но снимает остаточные напряжения, образовавшиеся в стали в результате превращения остаточного аустенита в мартенсит в процессе предшествовавших высоких отпусков. Другие заводы производят подобный низкий отпуск в качестве дополнительного четвертого отпуска. Во всех этих случаях первые высокие отпуска имеют целью перевести остаточный аустенит в мартенсит и повысить твердость стали, а последний низший отпуск — снять остаточные напряжения.

П. Гордон, М. Кохен и Р. Роз в опубликованном в 1944 г. исследовании американской вольфрамомолибденовой стали (тип 3) указывают, кроме того, что устойчивость остаточного аустенита возрастает, если сталь передается для отпуска еще горячей, т. е. не полностью остывшей (до комнатной температуры) после закалки. В этом случае многократный отпуск необходим, так как однократный многочасовой отпуск не вызывает достаточно полного превращения аустенита.

В производственных условиях применение однократного, но продолжительного отпуска оправдывается главным образом для таких инструментов, изготовленных из стали РФ1 и ЭИ262, как резцы или крупные сверла в том случае, если отпуск их производят в больших печах, например шахтных электрических типа ПН31 и ПН32 или типа «Хомо», в которые загружают крупные партии инструмента. Прогрев инструмента в этих печах, а также загрузка, выгрузка и охлаждение его требуют значительного времени, более продолжительного, чем необходимая выдержка при каждом цикле многократного отпуска. В подобных случаях более экономично выполнение однократного отпуска с продолжительной выдержкой, чем многократного отпуска с небольшой выдержкой, но требующего двухкратного или трехкратного попеременного нагрева и охлаждения инструмента. Если же нагрев резцов и сверл можно производить в ваннах или небольших печах, то целесообразно сообщать многократный отпуск.

Инструмент, изготовленный из стали ЭИ184, должен во всех случаях проходить многократный отпуск для максимально полного разложения остаточного аустенита и получения высокой твердости.

Режим отпуска инструмента указан в табл. 22.

Инструмент простой формы и небольших размеров можно загружать в печь или соляную ванну без подогрева, а более массивный или сложный надо предварительно подогревать до 200—300° Допускается укладка инструмента для этой цели у порога печи или у борта ванны.

Продолжительность нагрева при отпуске зависит от размеров инструмента, величины садки и мощности печи.

При нагреве в ванне инструмента диаметром до 30—40 мм продолжительность выдержки при многократном отпуске принимают один час, после того как жидкой ванной будет достигнута требуемая температура (надо учитывать, что при загрузке в ванну значительной массы холодного металла температура ее понижается).

При нагреве более крупного инструмента продолжительность выдержки соответственно увеличивают.

При нагреве в печи продолжительность выдержки можно исчислять в один час после прогрева садки.