Термическая обработка инструментальной стали

Термическая обработка, которой подвергался инструмент, оказывает заметное влияние на производительность резки инструментальной стали. Общие графики термообработки, применяемые к инструментальным сталям, показаны на рисунке 1. Аустенизация является очень важным этапом упрочнения инструментальной стали. Именно на этом этапе конечные элементы сплава распределяются между аустенитной матрицей (которая будет превращаться в мартенсит) и остаточными карбидами. Такое распределение фиксирует химический состав, объемную долю и дисперсию остаточных карбидов. Остаточные карбиды сплава не только способствуют износостойкости, но также контролируют аустенитный размер зерна. Чем мельче карбиды и чем больше объемная доля карбидов, тем эффективнее контролируется рост аустенитных зерен. Если во время нагревания температура аустенизации высокая, карбид будет в значительной степени растворяться, и осаждение цементита при охлаждении будет иметь большую тенденцию происходить на грубых границах аустенитных зерен. Однако, если карбид не был полностью растворен, а в грани округлых частиц по всей матрице остаются количества граната, осаждение карбидов будет происходить в этих ранее существующих точках, и сеть цементита, окружающая границу зерна, не будет образовываться. Таким образом, следует избегать чрезмерно высоких температур аустенизации, чтобы предотвратить рост зерна, который может привести к проблемам с растрескиванием, остаточным аустенитом и чрезмерным искажением.

Относительно медленное закаливание масла или воздушное охлаждение для упрочнения инструментальных сталей может привести к образованию карбида на границах зерен, что делает инструментальную сталь подверженной межзеренному разрушению. На рисунке 2 схематично показано влияние трех скоростей охлаждения на преобразование типичной инструментальной стали (5). Высокая прокаливаемость инструментальных сталей эффективно подавляет образование перлита при всех скоростях охлаждения. Бейнитообразование также подавляется, за исключением тяжелых участков, которые медленно охлаждаются. Однако медленное охлаждение затрудняет подавление образования карбидов на границах зерен аустенита, как показано на рис. 2. Небольшие количества карбидов не оказывают существенного влияния на твердость, но могут снизить инструмент сопротивление разрушению стали, приводящее к закалке, межзерновому разрушению инструментальных сталей и снижению производительности инструментальных сталей горячей обработки, таких как Hl3 (6,7). Ряд исследований показал, что наличие карбидов по границам зерен значительно снижает ударную вязкость закаленных и отпущенных инструментальных сталей (6,8,9). Инструментальные стали, закаленные в окислительной атмосфере, свободно накипят; инструментальные стали 02 и Hl3 не могут быть закалены таким образом без чрезмерной обезуглероживания.

Стали, которые могут быть удовлетворительно закалены в окислительной атмосфере, обычно имеют низкое содержание хрома (1% или менее) и не требуют высокой температуры закалки (не выше 870 ° C) (44). Чтобы защитить поверхность инструментальной стали от обезуглероживания и образования накипи во время термообработки, фумасовая среда должна быть нейтральной. В противном случае обезуглероживание приведет к образованию мягких поверхностей и появлению трещин из-за образования остаточных растягивающих напряжений на поверхности. Возможное объяснение этого механизма состоит в том, что снижение содержания углерода повышает температуру превращения рнартенсита. Таким образом, при закалке внешние слои трансфомируются сначала при гораздо более высокой температуре, а когда ядро трансформируется и расширяется, это приводит к натяжению внешнего слоя.