Исследование структуры и свойств литых быстрорежущих сталей Текст научной статьи по специальности «Технологии материалов»

»

ИЗ ВЕСТИЯ

ТОМСКОГО ОРДЕНА ТРУДОВОГО КРАСНОГО ЗНАМЕНИ ПОЛИТЕХНИЧЕСКОГО Том 68. в. 1 ИНСТИТУТА имени С. М. КИРОВА 1951 г.

ИССЛЕДОВАНИЕ СТРУКТУРЫ И СВОЙСТВ ЛИТЫХ БЫСТРОРЕЖУЩИХ СТАЛЕЙ

Н. Д. ТЮТЕВА и И. Т. ТИХОНОВ

В работе исследовались литые быстрорежущие стали, по содержанию вольфрама, хрома и ванадия приближающиеся к стали РФ-1, при изменяющемся содержании углерода от 0,5 до 1,3%. Стали выплавлялись в высокочастотной индукционной печи с ламповым генератором. Из выплавленных сталей изготовлялись ножи торцевого фрезера. Для выяснения влияния способа литья на структуру и свойства сталей отливка их производилась в металлические и сухие земляные формы. Химический состав сталей с указанием способа литья приведен в табл. 1.

Таблица 1

ж, | ; Содержание элементов в процентах

плавок Способ литья С Сг V

1 в кокиль 0,5 18,0 3,0 0,8

2 » 0,7 18,0 2,3 1,0

3 » 0,8 18,6 3,8 1,3

4 и 1,0 15,0 3,9

5 V 1,15 18,0 3,8 0,7

'6 » 17,0 3,5 1,5

7 „ 1,3 17,0 4,0 1,3

8 в землю 0,5 19,0 ■ 3,4 0,9

9 гг 0,6 18,5 3,7 1,0

10 V 0,8 17,0 3,8 1,3

11 и 1,0 19,0 3,9 1,2

12 » 1,3 22,0 3,4 1,3

Структура литой быстрорежущей стали зависит не только от ее химического состава, но и от скорости охлаждения отливки. Структура высокоуглеродистых сталей (1,0—1,3°/оС), отлитых в кокиль, имеет только две составляющие—белую фазу и сетку карбидной эвтектики. Характерная для этих сталей структура плавки № 5 (1,15°/0С) приведена на фиг. 1. Структура стали плавки № 11, содержащей 1,0°/0С и отлитой в землю, как видно на фиг. 2, отличается более грубым строением сетки карбидной эвтектики и наличием в основной металлической массе продуктов распада аустенита в виде мелких выделений вторичных карбидов.

При снижении содержания в сталях углерода до 0,7—0,8% как при литье в кокиль, так и при литье в землю в структуре сталей появляются участки тростито-сорбитообразного строения, называемые темной фазой. При этом в центральных областях темной фазы можно наблюдать при-

Фиг.

Фиг» 2

сутствие небольших светлых полей 3(а)-фазы, количество^ которой, быстро возрастает при дальнейшем снижении содержания в сталях углерода.

Фиг. 3

Фиг. 4

Структура литых сталей плавки № 3, отлитой в кокиль, и плавки № 10, отлито^ в землю, содержащих по 0,8°/оС, с участками темной фазы приведены на фиг. 3 п 4> Структуры сталей с большими количествами о(а)-фазы

*

плавок № 1 и 8 приведены на фиг. 5 и 6. Низкое содержание углерода в этих плавках (0,5%) привело к образованию в структуре значительных количеств мягкой составляющей §(а)-фазы, что сказалось также на снижении твердости стали.

После литья твердость стали № ы плавки № 1, отлитой в кокиль, была 45 стали плавки № 8, отлитой в землю—42

Структура сталей, отлитых в земляные формы, по сравнению со структурой сталей, отлитых в кокили, отличается более крупным размером зерна и наличием в сетке карбидной эвтектики так называемых скелетообразных форм. Структура стали с развитым скелетообразным строением .'^Й( карбидной эвтектики приведена ' на фиг, 7.

Небольшой размер отливаемых инструментов обеспечивает закалку литой быстрорежущей стали как в случае литья в ме- Фиг. 5

таллические, так и в земляные

формы. Исследование поведения сталей при отпуске после литья сопровождалось магнитометрическим анализом, результаты которого приведены в табл. 2. Магнитометрический анализ был выполнен на приборе

« ? V

Фиг. 6 Фиг. 7

переменного тока, и поэтому приведенные в табл. 2 количества остаточного аустенита в сталях являются приближелными. Результаты магнитометрического анализа позволяют отметить быстрое возрастание в сталях с увеличением в них содержания углерода количества остаточного аустенита и повышение его устойчивости при отпуске.

/

Таблица 2

№ яла-вок Способ литья Содержание С в процентах Количество остаточного аустенита в процентах

После* литья После отпусков

1-го 560° 2-го 560° 3-го 560° 1 4-го 1 600° 5-го 620°

1 в кокиль 0,5 5,5 5 4 4 — —

3 » 0,8 28 14 9 8 3 —

5 V 1,15 84,5 80 69 62,5 34 9

7 » 1,3 88,5 84,5 81 74 42,5 20

9 в землю 0,6 7,5 4,5 3 3 2 —

10 » 0,8 21,5 16,5 7,5 3,5 3 —

11 V 1.0 46 41 39 32 9 —

12 »> 1,3 83 < 78,5 75 65 40 20,5

Как показывает табл. 2, при содержании в сталях выше 1% углерода нормальный трехкратный отпуск при 560°С приводит лишь к началу распадения остаточного аустенита (плавки № 5 и И), а при содержании углерода 1,3% даже после 5 отпуска при 620°С в структуре сталей сохранялось остаточного аустенита еще около 20% (плавки № 7 и 12). Соответственно этому и твердость высокоуглеродистых сталей при отпуске возрастала значительно медленнее.

Следует также отметить, что благодаря ликвационной неоднородности, приводящей к образованию в структуре литых сталей участков высоколегированного аустенита в областях, прилегающих к карбидной эвтектике, и при невысоких содержаниях в сталях углерода после трехкратного отпуска в них сохранялось некоторое количество остаточного аустенита (плавки № 1, 3, 9 и 10). Поэтому при отпуске литых быстрорежущих сталей, повидимому, будет целесообразно прибегать к более высоким температурам отпуска по сравнению с принятыми для кованых сталей или увеличивать кратность отпуска.

Определение красностойкости исследуемых сталей было выполнено по методу Геллера. Результаты определения красностойкости приведены в табл. 3. Эти результаты показывают значительно более высокую красно-

Таблица 3

№ плавок Способ литья Содержание С в процентах Красностойкость в °С

2 в кокиль 0,7 590

3 » , 0,8 600

4 1,0 640

6 „ 1.2 650

10 в землю 0,8 580

11 о 1,0 600

12 >» 1,3 620

стойкость сталей, отлитых в кокиль, по сравнению со сталями, отлитыми в землю, и возрастание красностойкости литых сталей с увеличением в них содержания углерода.

Литой инструмент из быстрорежущей стали, как указывалось, получает закалку в процессе охлаждения отливки и, таким образом, не нуждается в термической обработке кроме отпуска. Однако в ряде случаев литой инструмент может потребовать дополнительной механической обработки, для проведения которой будет необходим отжиг литых сталей. С этой стороны представляет некоторый интерес проверка литых сталей на отжигаемость. Измерение твердости исследуемых сталей после проведения нормального для быстрорежущих сталей отжига показало, что в сталях с содержанием углерода около 0,8% при литье в земляные формы после отжига достигаются значения твердости, соответствующие твердости отожженных кованых быстрорежущих сталей, а именно 20—23 С увеличением содержания в литых сталях углерода твердость после отжига возрастает до значений 32—35 Стали, отлитые в металлические формы, отличаются заметно худшей отжигаемостью. Более низкую красностойкость и лучшую отжигаемость сталей, отлитых в земляные формы, можно объяснить присутствием в их структуре выделений вторичных карбидов, облегчающих процессы их дальнейшей коагуляции.

Проведенные исследования показали, что структура и свойства литых быстрорежущих сталей значительно изменяются в зависимости от способа литья и особенно от содержания в сталях углерода. Изучение в этой связи режущих свойств литых сталей будет являться предметом дальнейших исследований.