Влияние вакуумного переплава на износостойкость быстрорежущей стали Р18 Текст научной статьи по специальности «Технологии материалов»

ИЗВЕСТИЯ

ТОМСКОГО ОРДЕНА ТРУДОВОГО КРАСНОГО ЗНАМЕНИ ПОЛИТЕХНИЧЕСКОГО

ИНСТИТУТА имени С. М. КИРОВА

Том 162 , 1967

ВЛИЯНИЕ ВАКУУМНОГО ПЕРЕПЛАВА НА ИЗНОСОСТОЙКОСТЬ БЫСТРОРЕЖУЩЕЙ СТАЛИ Р18

А. И. СЛОСМАН, Г. В. СИМОНОВ

(Представлена профессором доктором А. Н. Добро-видовым)

Сопротивляемость износу — одна из основных характеристик сталей для режущих инструментов, в том числе и для быстрорежущих сталей. Для инструментов, работающих в условиях интенсивного охлаждения (например, фрезы, сверла), износостойкость является более важным свойством, чем теплостойкость [1].

Износ инструмента зависит как от условий его эксплуатации, так и от свойства материала, из которого он изготовлен. Одним из наиболее радикальных способов улучшения свойств сталей в настоящее время является применение вакуума при их выплавке. Многочисленные исследования [2, 3, 4] показали, что в результате вакуумного переплава механические и физические свойства многих сталей и сплавов очень сильно изменяются.

Целью данных исследований являлось выяснение влияния степени вакуума при выплавке быстрорежущей стали на ее сопротивляемость абразивному износу; разливка производилась в неподвижный и вращающийся кокиль.

Для плавки и разливки применялась индукционная вакуумная печь типа ИВ-52. В результате реконструкции печи [5] в ней стало возможным плавить небольшое количество металла (4—6 кг) и производить центробежную разливку не нарушая вакуума. Плавки производились в тигле, изготовленном из электроплавленной окиси алюминия. Вакуум создавался механическим насосом' ВН-4. Максимально достигнутый вакуум был порядка 10 ~2 мм рт.ст. Натекание, определенное для холодной печи, составляло около 15 мк/мин. Давление в печи замерялось термопарным вакуумметром ВТ-2. В качестве шихты использовались отходы стали Р18 от инструментального производства. Для того чтобы компенсировать уменьшение содержания углерода в результате угара во время плавки, в шихту вводилось определенное количество специального белого чугуна. Этот чугун получался путем науглероживания быстрорежущей стали и содержал 4—4,5% углерода. Поэтому введение его в состав шихты не меняло содержания легирующих элементов в выплавляемой стали.

Процесс нагревания и плавления шихты длился 15—20 минут. После этого жидкий металл 5—10 минут выдерживался в вакууме. Перед разливкой давление в печи повышалось до 40—50 мм рт.ст. путем введения аргона. Температура жидкого металла определялась оптическим пиро-

LS

метром ОППИР-09 и была в момент разливки 1500—1550°С. Разливка производилась в кокили из малоуглеродистой стали. Для предотвращения возможного приваривания отливки к кокилю его внутренняя поверхность покрывалась тонким слоем смеси из 80% двуокиси циркония и 20% огнеупорной глины. После охлаждения отливки подвергались трехкратному отпуску при 570°, и затем из них вырезались образцы для проведения испытаний на износ.

В табл. 1 приведены условия выплавки, разливки и химический состав 'исследованных плавок. В каждых условиях выплавлялось по две отливки и из каждой отливки изготавливалось по б образцов, которым придавалась различная твердость в пределах 60—66 ЯС. Для уменьшения твердости образцам производился дополнительный отпуск по соответствующим режимам.

Таблица 1

Условия вьмлавки и разливки Химический состав. %

№ плавок давление во время плавки * мм рт. ст. время выдерж ки, мин давление во время разливки мм рт. ст. число оборотов кокиля, об ¡мин С Сг V

1 10-1 5 55 300 0,71

2 » 8 „ „ 0,77 19,1 3,95 1,05

3 4 я 600 0,70

4 » 5 „ 0,73 18,2 4,02 1,15

5 „ » я 0 0,75

6 „ „ я 0,81 18,1 4,15 1,27

' 7 55 4 55 300 0,72

8 щ » „ ' „ 0,68 18,4 4,05 1,30

9 760 п 760 0,84

10 У.} п >! „ 0,74 17,4 3,90 1,21

11 „ я » 0 0,74

12 ' - 0,71 18,1 | 3,95 1,24

Испытания сопротивлению абразивному износу производились на установке Г. И. Киселева [6]. Абразивным' материалом служил плоский шлифовальный круг. В процессе испытаний круг периодически очищался. Абразивная способность его после очистки проверялась по эталону. Принятые режимы испытаний не приводили к заметному разогреву даже в поверхностных слоях испытываемых образцов. Образцы имели сечение 4,5X4)5 мм. Нагрузка на них при испытании была 3 кг. Величина износа определялась взвешиванием образцов до и после опыта. Каждый образец истирался по 3 раза. Результаты испытаний приведены на графике 1 (рис.1).

Из графика видно, что износостойкость зависит от условий выплавки и разливки. Лучшую износостойкость имеет сталь, выплавленная при давлении Ю-1 мм рг.ст. и разлитая центробежным способом, причем изменение скорости вращения кокиля от 300 до 600 об/мин не изменило существенно износостойкость. Однако при одинаковых условиях плавки сталь, разлитая центробежным способом, имеет большую износостойкость по сравнению со сталью, отлитой в неподвижный кокиль.

120__________:

59 6Q 61 62 63 6¿ 65

ИР С

О - давление при п/toôxe Ю~*™ртст ¡ О кокиля ЗОО об/мин,

в - »- i О'* ---- 600----

О - -- 50 ->- ЗОО----

С - -- 76О - " - ЗОО — "—

Q ----/О-' - » - о----

ф - „- 760 - " - О — '--

Рис. 1

до

I

ь*»

i

Spo

Ô66

i i i

ж стапЬ Р/8, быллоб/земая da воздухе и отлитаß 6 Нелодби&^ый кокилЬ

*

10

-г

Ю'1 Ю°

fiffc '-"■410

Рис. 2

/О' Ю* ¿о

примабке, мм pm. cm

Металлографический анализ исследуемых плавок показал, что в их микроструктуре нет заметного различия. Макроструктура плавок, отлитых в неподвижный кокиль, грубее, чем у плавок, отлитых центробежным способом. Очень заметна разница в количестве неметаллических включений в плавках, выплавленных в вакууме по сравнению с плавками, выплавленными в открытой печи.

Измерение плотности стали методом гидростатического взвешивания показало, что при центробежно-вакуумном способе разливки плотность стали повышается (рис. 2).

Более высокая износостойкость быстрорежущей стали, разлитой центробежно-вакуумным' способом, объясняется, очевидно, большей плотностью й чистотой по неметаллическим включениям и газам. В литературе имеются данные о влиянии этих факторов на износостойкость. Например, Ю. А. Геллер [7] указывает на зависимость износостойкости от содержания серы и сульфидных включений в инструментальных сталях (рис. 3).

SOOO

1 I

з

I

% 4000

I I

ъооо

гооо

юоо

износ

► >

-^г ..... / /

/ / / Г 7 включения

■9 • / /

/ f

O.Í

0.3 п,

3

0,0fS OOS 00< OOS

Содержание серь*, %

Рис. 3

Выводы

1. Износостойкость следует считать одной из основных характеристик инструментальных сталей.

2. При разливке быстрорежущей стали центробежно-вакуумным способом ее износостойкость повышается.

3. Повышенная износостойкость стали, отлитой центробежно-вакуумным способом, очевидно, объясняется большей плотностью и чистотой по неметаллическим включениям и газам.

ЛИТЕРАТУРА

1. В. Эр те ль, А. Грютцнер. Быстрорежущие стали, Металлургиздат, 1933.

2. А. М, Самарин. Вакуумная металлургия. Металлургиздат, 1958.

3. Л. М. Новик. Применение вакуума в сталеплавильных процессах, Металлургиздат, 1957.

4. Джонс. Проблемы современной металлургии, 1 (37), 1958.

5. А. И. С л о с м а н. Реконструкция полупромышленных вакуумных печей для исследования центробежной разливки в вакууме, Известия ТПИ, т. 139, 1965.

6. Г. И. К и с е л е в. Труды СФТИ, в. 26, 32, 1947.

7. Ю. А. Геллер. Инструментальная сталь, Металлургиздат, 1961.