способ изготовления заготовок из порошка быстрорежущей стали

Формула изобретения

СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ЗАГОТОВОК ИЗ ПОРОШКА БЫСТРОРЕЖУЩЕЙ СТАЛИ, включающий загрузку порошка в контейнер, вакуумирование, герметизацию, нагрев и шаговую прокатку-ковку порошка с многосторонним обжатием, удаление материала контейнера с заготовки, отличающийся тем, что прокатку-ковку ведут с коэффициентом вытяжки 7 - 9, после удаления материала контейнера с заготовки ее режут на мерные части и последние подвергают экструзии при температуре, на 10 - 60^oС ниже температуры фазовых превращений для формирования режущей части инструмента.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к порошковой металлургии, в частности к производству концевого режущего инструмента типа метчиков, фрез, сверл и т.п.

Известен способ получения заготовок из металлических порошков [1] который включает загрузку порошка в капсулу, отжиг, изостатическое холодное прессование и горячую экструзию.

Недостатком данного способа является низкая производительность, связанная с использованием холодного изостатического прессования и отжига порошка.

Известен способ изготовления изделий из порошковых легированных сталей [2] включающий формирование заготовок из порошка, которое осуществляется горячим обжатием порошка в металлических оболочках, спеканием и последующим деформированием.

Недостатком данного способа является низкая производительность, так как порошок, помещенный в металлическую оболочку, подвергают горячему обжатию в газостате и спеканию.

Известен также способ получения заготовок спеченных быстрорежущих сталей [3] включающий загрузку порошка в контейнер, прессование, вакуумирование, герметизацию, нагрев и последующее горячее изостатическое прессование.

Недостатками данного способа являются низкая производительность, большая трудоемкость, так как способ включает холодное прессование порошка и горячее изостатическое прессование.

Цель изобретения сокращение технологического цикла.

Сущность изобретения заключается в том, что способ предусматривает загрузку порошка в контейнер, его вакуумирование и герметизацию, нагрев, горячую деформацию и последующее удаление материала контейнера с заготовки. Контейнер после нагрева подвергают прокатке-ковке с коэффициентом вытяжки = 7-9, после удаления материала контейнера с заготовок их режут на мерные и подвергают экструзии для формирования профильной режущей части инструмента при температуре на 10-60^оС ниже температуры фазовых превращений порошковой быстрорежущей стали.

Из просмотренной патентной и научно-технической литературы не известны способы изготовления заготовок режущего инструмента, при реализации которых контейнер с порошком подвергается прокатке-ковке с коэффициентом вытяжки 7-9, а для формирования режущей части инструмента на этих заготовках использовалась экструзия при температуре на 10-60^оС ниже температуры фазовых превращений порошковой быстрорежущей стали.

Замена горячего изостатического прессования прокаткой ведет к сокращению технологической цепочки процесса (отпадает необходимость в использовании холодного прессования порошка). Сам процесс прокатки занимает меньше времени по сравнению с горячим изостатическим прессованием, помимо этого использование шаговой прокатки с коэффициентом вытяжки 7-9 за проход приводит к увеличению производительности процесса.

Шаговая прокатка в предлагаемом способе с коэффициентом вытяжки меньше 7 приводит к недостаточной проработке центральных слоев уплотняемого материала. Шаговая прокатка с коэффициентом вытяжки более 9 приводит к появлению дефектов в виде трещин. Экструзия при температуpе Т ниже 60^оС, где Т температура фазовых превращений, приводит к недогреву заготовки, а следовательно к снижению качества профильной режущей части инструмента.

Экструзия при температуре Т выше 10^оС снижает технологические и эксплуатационные свойства порошковой быстрорежущей стали.

На фиг.1 изображен контейнер с порошком; на фиг.2 прокатанная заготовка; на фиг. 3 мерная заготовка после разрезки; на фиг.4 схема горячего выдавливания профильной режущей части инструмента.

Способ осуществляют следующим образом.

В контейнер 1 из малоуглеродистой стали помещают порошок быстрорежущей стали 2. Контейнер 1 подвергают вакуумированию и герметизации. После этого контейнер 1 нагревают до температуры t₁ 1150^оС и подвергают шаговой прокатке с коэффициентом вытяжки 7-9. Полученные заготовки 3 отжигают, а затем удаляют материал контейнера токарной обработкой, после того пруток шлифуют, режут на мерные заготовки 4. Далее заготовку нагревают в индукторе на установке ИЗ-3 100/2,4 до температуры на 10-60^оС ниже температуры фазовых превращений и подвергают экструзии для формирования профиля режущей части 5.

П р и м е р 1. В контейнер из малоуглеродистой стали с наружным диаметром d₁ 32 мм, внутренним диаметром d₂ 27 мм и высотой h 200 мм помещался порошок быстрорежущей стали Р6М5К5 газового распыления дисперсностью 315 мкм. Контейнер был подвергнут вакуумированию и герметизации. После этого контейнер нагревался в печи сопротивления СШО-1.1.3/12,5 до температуры t₁ 1150^оС. При этой температуре контейнер выдерживался 30 мин, после чего контейнер подвергался прокатке-ковке на стане ПК-120. В результате прокатки-ковки с коэффициентом вытяжки 7 размеры полученной заготовки (фиг.2) были следующими: L 1400 мм, d"₁ 12,2 мм, d"₂ 10,8 мм. Полученные заготовки подвергались отжигу при 750^оС в течение 3 ч, после чего с них удалялся материал контейнера до диаметра d"₂ 10,8 и резались на мерные заготовки (фиг.3) длиной l 60 мм. При этом гидростатическим взвешиванием установлено, что плотность заготовки составляет П= 98% Далее заготовка нагревалась в индукторе на установке ИЗ-3-100/2,4 до 765^оС (температура фазовых превращений для порошка Р6М5К5 А_с 825^оС) и подвергалась горячему выдавливанию (фиг.4) на кривошипном прессе КВ-2132 усилием 1600 К_н, при этом формировался профиль режущей части инструмента в данном случае фрезы D 10 мм.

Гидростатическим взвешиванием установлено, что плотность заготовки после горячего выдавливания П= 100%

В результате прокатки-ковки на стане ПК-120 и горячего выдавливания порошковой быстрорежущей стали Р6М5К5 получены заготовки фрез, которые в дальнейшем подвергались незначительной механической и термической обработке.

П р и м е р 2. В контейнер из малоуглеродистой стали с наружным диаметром d₁ 30 мм, внутренним диаметром d₂ 25 мм и высотой h 200 мм помещался порошок быстрорежущей стали Р6М5К5. Затем производились следующие операции: вакуумирование и герметизация контейнера до температуры t₁ 1150^оС и его прокатка-ковка с коэффициентом вытяжки 6 до диаметра d"₁ 12,2 мм, отжиг, удаление материала и порезка на мерные заготовки, нагрев в индукторе до температуры t₂ 750^оС и горячее выдавливание профильной части инструмента. Гидростатическим взвешиванием заготовки фрезы D 10 мм установлено, что ее плотность П 97% что недостаточно для режущего инструмента, так как он при этом не обладает необходимыми прочностными свойствами.

П р и м е р 3. В контейнер из малоуглеродистой стали с наружным диаметром d₁ 37 мм, внутренним диаметром d₂ 32 мм и высотой h 200 мм помещался порошок быстрорежущей стали Р6М5К5. Далее производились следующие операции: вакуумирование и герметизация контейнера, нагрев контейнера до температуры t₁ 1150^оС и его прокатка-ковка с коэффициентом вытяжки = 9 до диаметра d"₁ 12,2 мм, отжиг, удаление материала контейнера и порезка на мерные, нагрев в индукторе до температуры t₂ 815^оС и горячее выдавливание профильной части инструмента. Плотность полученных заготовок П 100% В дальнейшем заготовки фрез D 10 мм подвергались незначительной механической и термической обработке. П р и м е р 4. В контейнер из малоуглеродистой стали с наружным диаметром d₁ 39 мм, внутренним диаметром d₂ 34 мм и высотой h 200 мм помещался порошок быстрорежущей стали Р6М5К5. Затем производились следующие операции: вакуумирование и герметизация контейнера, нагрев до температуры t₁ 1150^оС и его прокатка-ковка с коэффициентом вытяжки = 10 до диаметра d"₁ 12,2 мм, отжиг, удаление материала контейнера и порезка на мерные заготовки, нагрев в индукторе до температуры t₂ 830^оС и горячее выдавливание профильной части инструмента.

После горячего выдавливания на профильной части имелись трещины.

П р и м е р 5. В контейнер из малоуглеродистой стали наружным диаметром d₁ 34 мм, внутренним d₂ 29 мм и высотой h 200 мм помещался порошок быстрорежущей стали Р6М5К5. Затем производились следующие операции: вакуумирование и герметизация контейнера, нагрев контейнера до температуры t₁ 1150^оС и его прокатка-ковка с коэффициентом вытяжки = 8 до диаметра d"₁ 12,2 мм, отжиг, удаление материала контейнера и порезка на мерные заготовки, нагрев в индукторе до температуры t₂ 790^оС и горячее выдавливание профильной части заготовки инструмента. Плотность полученных заготовок составляла П 100% В дальнейшем заготовки фрез D 10 мм подвергались незначительной механической и термической обработке.

Таким образом предлагаемый способ изготовления заготовок режущего инструмента повышает в 2,3 раза производительность, а также качество путем увеличения прочностных характеристик.

Предлагаемый способ найдет применение при производстве режущего инструмента в машиностроительной и других областях производства.