1. Общая характеристика изделия
1.1 Анализ служебного назначения изделия
Резец является наиболее распространенным инструментом. Его применяют при работе на токарном, револьверном, карусельном, расточных станках.
Резец из быстрорежущей стали применяют для обработки конструкционных сталей.
1.2 Анализ технологических свойств материала
Сталь Р6М5 - это вольфрамомолибденовая сталь с содержанием вольфрама 6%. Она обладает хорошей закаливаемостью и прокаливаемостью, хорошо обрабатывается давлением, достаточно хорошо резанием из-за сравнительно невысокой твердости в отожженном состояние НВ не более 255.
Р6М5 предназначена для всех видов режущих инструментов при обработке на обычных скоростях резания углеродистых и среднелегированных конструкционных сталей.
1.3 Анализ химического состава материала
Химический состав быстрорежущих сталей соответствует ГОСТ 19265-73.
| С | Si | Mn | Cr | W | V | Mo | Другие элементы |
| 0,80-0,90 | <0,5 | <0,4 | 3,8-4,4 | 5,5-6,5 | 1,7-2,1 | 5,0-5,5 |
Таблица 1. Химический состав Р6М5. Высокая твердость и износостойкость определяется содержанием углерода и мало зависит от степени легирования стали с содержанием углерода 0,80 - 0,90 являются заэвтектойдными сталями, имеет после закалки твердость HRC 63 - 65
Основная задача легирования - повышение закаливаемости и прокаливаемости. Кроме того легирование позволяет сохранить мелкое зерно и высокую прочность и вязкость.
При легировании в структуре быстрорежущей стали находятся: растворимые и нерастворимые, при нагреве под закалку карбиды. Нерастворимые карбиды - это карбиды первичные.
Первичные карбиды полностью не растворяются и задерживают рост зерна аустенита при нагреве. Они обеспечивают также и отрицательное свойство - карбидная неоднородность, а значит понижение твердости стали.
Вторичные карбиды обеспечивают повышенную твердость стали, в том числе за счет дисперсионного твердения при отпуске, они же обеспечивают теплостойкость стали за счет растворения при нагреве под закалку, обеспечивая таким образом высоколегированный мартенсит.
Основным легирующим элементом быстрорежущих сталей является вольфрам. Он необходим для получения основного карбида Ме6С. Повышение содержание вольфрама повышает температуру закалки, твердость, прокаливаемость, увеличивает устойчивость против нагрева, повышает температуру интенсивного роста зерна.
Хром вводят для образования основного карбида Ме23С6, который при растворение обогащает твердый раствор элементами, к тому же без хрома карбид ванадия Ме6С не будет растворятся при закалки. Хром обеспечивает так же прокаливаемость стали. Но содержание ограничено 3,8 - 4,4%, т.к. он увеличивает количество остаточного аустенита, что приводит к снижению теплостойкости.
Ванадий вводят для образование особо твердого и плохо растворимого карбида МеС. Повышенное содержание ванадия вводится для повышения износостойкости. Поскольку часть ванадия, вводимого в сталь, расходуется на насыщение карбидов Ме2зС6, то образующегося одновременно карбида МеС несколько меньше. При недостаточном содержании углерода уменьшается количество карбидов Ме2зС6 и Ме6С, насыщающих твердый раствор, и в структуре даже при высоком нагреве для закалки сохраняется избыточный феррит. Ванадий почти не участвует в образование скелетообразной и веерообразной эвтектике и присутствует в карбиде МеС, выделяющийся изолированных включений. Вследствие этого даже при повышенном содержании углерода мало ухудшает карбидную неоднородность.
Кремний присутствует в а - растворе и искажает его решетку, снижает прочность и вязкость и, кроме того, усиливает обезуглероживание.
Молибден увеличивает вязкость на 15 - 20% и прочность на 5 — 8%, не уменьшает теплостойкость.
Таким образом, сталь Р6М5 относится к сталям умеренной теплостойкости.
2. Проектирование технологического процесса предварительной термической обработки
2.1 Определение структуры технологического процесса термической обработки
Сталь Р6М5 является сталью ледобуритного класса, т.е. содержит в литом состоянии карбидную эвтектику, в состав которой входят карбиды Ме6С, МеС,Ме23С6. Эвтектика значительно снижает механические свойства, поэтому перед отжигом ее обязательно куют. Благодаря этому технологическому приему, карбиды дробятся и равномернее распределяются в структуре. Но даже после больших степеней деформации карбидная неоднородность сохраняется, что является недостатком быстрорежущих сталей.
После ковки заготовку подвергаем отжигу. Отжиг проводится в целях получения оптимальной твердости, обеспечивающей хорошую обрабатываемость резанием. Таким образом предварительная т.о. проводится с целью получения оптимальной структуры и свойств стали в исходном состоянии.
2.2 Проектирование отдельных операций
Ковка применяется для улучшения структуры инструментальных сталей, а также для придания требуемой формы заготовкам инструмента. Чтобы обеспечить высокое качество инструмента, следует нагревать заготовки перед ковкой по описанному режиму, т.к. ковка стали является ответственной операцией. При недостаточной поковке возникает карбидная ликвация - местное скопление карбидов в виде участков не разрушенной карбидной эвтектики.
Предварительный нагрев заготовок. Заготовки загружаются в печь с температурой 450 - 500 С и подогреваются до 850 - 870 С и скоростью 100 С/ч. Выдержка при: этой температуре составляет 1/ 3 времени нагрева. При установке температуры начала ковки (1180 -1140 С) стремится обеспечить достаточно низкую температуру конца ковки (850 - 840 С).
Сталь Р6М5 рекомендуют ковать ниже линии Аст, заканчивать ковку следует при температуре на 30 - 50 С выше Aсl. Для легированных сталей начало превращений γ - раствора в α-раствора при охлаждение не совпадает, вследствие Гистерезиса, с превращением для углеродистой стали соответствующего состава, а всегда будет ниже.
Деформировать такую сталь в двухфазовом состоянии было бы нецелесообразно, т.к. пришлось бы затягивать до 600 С.
Требование строго соблюдать начальную и конечную температуру ковки вызвано тем, что в процессе ковки пластическая деформация при ударе должны чередоваться с возвратом пластических свойств металла в промежутке времени между ударами.
В случае осуществления ковки при температуре ниже ковочного интервала, пластические свойства металла не возвращаются, в следствии в материале возникают упругиедеформации,превышающие предел прочности и приводящие к возникновению трещин,
Ковка при температуре выше ковочного интервала ведёт либо к перегреву материала, сопровождающимися значительным укрупнением зерна и падением пластических свойств, особенно ударной вязкости, либо к пережогу металла в результате нагрева при температурах, близких к точке начала плавления, вследствие чего по границам зёрен наблюдается оплавление основного металла и эвтектики, приводящее к потере связей между зернами.
Для качественной проковки заготовок следует выбирать нагревательные средства, обеспечивающие поддержания равномерного нагрева до температур начало и конца ковки. Окончательный нагрев.
После предварительного нагреве в первой печи,заготовки переносят во вторую печь для окончательного нагрева до температуры начало поковки.
Выдержка при температуре окончательного нагрева дается из расчета 30 мин на каждые 25 мм сечения заготовки.
Во время нагрева заготовку кантовать не менее двух раз.
Ковка заготовок должна производиться путем многократной обратной вытяжки, причем деформация должна происходить по всему сечению заготовки, а не ограничиваться лишь ее поверхностью.
Во избежание трещин заготовки непосредственно после ее ковки следует подвергать специальному охлаждению в печи с температурой 750 — 800 С. После выравнивания температур выдержка заготовок в печи должна быть не менее 3 часов. После выдержки заготовки переносят в печь для нагрева до температуры 840 - 860 С.
После ковки твердость HRC 53 - 56. Для предварительного нагрева используется печь ПН -12. Это наиболее простая и надежная, по способу герметизации, камерная электропечь с подвижным сводом.
Окончательный нагрев будем производить в камерной Г - 30 о высокотемпературной защитной атмосферой.
Максимальная рабочая температура печи ПН - 12 - 950. С, Г-30-1300. С, Непосредственное охлаждение после ковки будем производить в колодцах при 750 - 800 С
Отжиг
Задача отжига - перекристаллизация для измельчения зерна и получения структуры зернистого перлита, Эта структура обеспечивает низкую твердость, хорошую обрабатываемость резанием и лучшие свойства при последующей закалки
Отжиг инструмента из быстрорежущей стали производиться в печах с защитной атмосферы, а в случаях отсутствия последней можно применять упаковку в ящики со свежей чугунной стружкой.
Стружка из серого чугуна должна быть предварительно просеяна т.к. наличие мелких выпавших частиц графита может способствовать науглероживанию отожжённого инструмента. Старая, использованная стружка; ржавая, сырая и загрязненная другими металлами может, наоборот, вызвать обезуглероживание, вследствие чего применение ее не рекомендуется.
Сталь Р6М5 заэвтектойдная и для получения в ее структуре и для получения в ее структуре зернистого перлита лучше всего использовать изотермический отжиг. Заготовка загружается в печь и нагревается до температуры отжига берется из расчета 60 мин на каждые 25 мм расчетной толщины заготовки. Выдерживается 1-2 часа. Затем охлаждается с печью до температуры изотермической выдержки 840 - 860 С и выдерживается 3-4 часа Далее охлаждение с печью до температуры ~ 600 С, с последующим охлаждением на воздухе. Скорость охлаждения во время отжига 50 С/час. Время выдержки после прогрева заготовок 2 — 3 часа.
После отжига твердость стали становится равной НВ 269, что повышает обрабатываемость её резанием. Структура стали после отжига Пс + K1 + К2 оптимально для последующей качественной закалки.