Способ плазменно-дугового упрочнения режущего инструмента

(51) 21 1/09 (2006.01) 23 4/00 (2006.01) КОМИТЕТ ПО ПРАВАМ ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ СОБСТВЕННОСТИ МИНИСТЕРСТВА ЮСТИЦИИ РЕСПУБЛИКИ КАЗАХСТАН ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ К ИННОВАЦИОННОМУ ПАТЕНТУ упрочняемых изделий. Технический результат, от использования изобретения,заключается в улучшении эксплуатационных характеристик изделий из быстрорежущих сталей за счет понижения уровня остаточного аустенита и снятие внутренних напряжений в изделии, а также за счет азотирования поверхности изделий. Предложен способ плазменно-дугового упрочнения режущего инструмента,включающий возбуждение плазменной дуги между анодом и инструментом,являющимся катодом, подключенным к источнику питания, погружение инструмента в электролит и нагрев его плазменной дугой, отличающийся тем,что рабочую часть инструмента сначала подвергают азотированию плазменной дугой при температуре 520-570 С в электролите из водного раствора,содержащем 10 4 и 5 4,выдерживают 4-6 минут, после чего отключают напряжение.(72) Скаков Мажын Канапинович Рахадилов Бауыржан Корабаевич Ескермесов Дидар Кайратович(73) Республиканское государственное казенное предприятие Восточно-Казахстанский государственный технический университет им. Д. Серикбаева Министерства образования и науки Республики Казахстан(57) Изобретение относится к металлургии, в частности к технологии обработки металлов и сплавов, и может быть использовано для повышения эксплуатационной стойкости режущего инструмента. Задача, решаемая изобретением,заключается в повышении износостойкости Изобретение относится к металлургии, в частности к технологии обработки металлов и сплавов, и может быть использовано для повышения эксплуатационной стойкости режущего инструмента. Одной из задач дальнейшего развития машиностроения является повышение эксплуатационных свойств металлорежущих инструментов. Для решения данной задачи существенным является разработка и освоение эффективных технологий,упрочняющих металлические изделия (материалы). В настоящее время большой интерес в этом отношении вызывают плазменно-дуговые методы обработки. Известен способ упрочнения инструмента из быстрорежущих сталей за счет термической обработки, включающей закалку и отпуск. Например, термическая обработка стали Р 6 М 5 производится по следующему режиму температура закалки - 1220 С, среда охлаждения - масло, отпуск при температуре 550 С, 3 раза по 1 ч. (см. Гуляев А.П. Металловедение. М. Металлургия, 1986, с. 355379). Недостатком известного способа упрочнения указанных сталей термической обработкой является то, что изделия (инструмент) имеют недостаточную износостойкость. Наиболее близким заявляемому является способ плазменно-дугового упрочнения режущего инструмента,включающий возбуждение плазменной дуги между анодом из неиспаряемого материала и деталью, являющейся катодом,подключенными к одному источнику питания,путем помещения анода на дно ванны с электролитом и подведения катода к электролиту,нагрев детали плазменной дугой до температуры закалки,погружение ее в электролит с одновременным отключением напряжения (А.с. СССР 2095430, кл.С 21 1/09, Оп. 1997 г.). Недостатком прототипа является то, что данный способ не обеспечивает достаточной износостойкости изделий из-за повышенного уровня остаточного аустенита и внутренних напряжений. Задача, решаемая изобретением, заключается в повышении износостойкости упрочняемых изделий. Технический результат, от использования изобретения,заключается в улучшении эксплуатационных характеристик изделий из быстрорежущих сталей за счет понижения уровня остаточного аустенита и снятие внутренних напряжений в изделии, а также за счет азотирования поверхности изделий. Сущность изобретения заключается в следующем предложен способ плазменно-дугового упрочнения режущего инструмента, включающий возбуждение плазменной дуги между анодом и инструментом,являющимся катодом,подключенным к источнику питания, погружение инструмента в электролит и нагрев его плазменной дугой, отличающийся тем, что рабочую часть инструмента сначала подвергают азотированию плазменной дугой при температуре 520-570 С в электролите из водного раствора, содержащем 102 4 и 5 4, выдерживают 4-6 минут, после чего отключают напряжение. На фигуре схематически изображен технический процесс плазменно-дугового упрочнения быстрорежущего инструмента, где изображены упрочняемый инструмент из быстрорежущей стали(катод) 1, анод из нержавеющей стали 2, поддон 3,насос 4, теплообменник 5, источник питания 6,персональный компьютер 7. Стрелками показаны направления движения электролита и воды в теплообменнике. Через дно анода 2 сделан ввод для подачи охлажденного электролита диаметром 15 мм. После рабочей камеры электролит поступает в поддон 3, представляющий собой наружную камеру, окружающую анод 2, диаметром 200 мм и высотой 100 мм. Подача упрочняемого инструмента-катода 1 в рабочую камеру-анод 2 осуществлялась с помощью шестеренчатой передачи. Скорость подачи электролита (расход) составляла 4 л/мин. Скорость подачи охлаждающей проточной воды в теплообменник составляла 6 л/мин. Принятые параметры охлаждения электролита позволяли ограничить температуру его разогрева в пределах 30-40 С при нагреве образцов до температуры 520-570 С. Рабочая камера представляет собой цилиндрический сосуд, который является анодом с переливом электролита через край диаметром 100 мм и высотой 120 мм. Неупрочняемую часть детали перед погружением в электролит можно изолировать, например обмазкой,состоящей из смеси огнеупорной глины, песка и асбеста, замешанных на жидком стекле. Изобретение осуществляется следующим образом обрабатываемый режущий инструмент подается в рабочую камеру-анод 2 с помощью шестеренчатой передачи. Электролит из водного раствора, содержащий 10 4 и 54 из теплообменника 5 подается насосом 4 в рабочую камеру-анод 2 (то есть, ванну-анода 2 из нержавеющей стали 12 Х 18 Н 10 Т). Из ванны-анода 2 использованный электролит обратно подается в теплообменник 5. Упрочнение осуществляют в следующих режимах напряжение 180 В, сила тока 130-40 А, время выдержки 4-6 минут. Катод(упрочняемый инструмент) частично погружают в электролит на глубину 5-50 мм. Расстояние между анодом 2 и катодом 1 - 30-49 мм. Нагрев инструмента до 520-570 С осуществляют плазменной дугой. Охлаждение осуществляют в потоке охлажденного электролита. Микротвердость исходного состояния режущего инструмента из стали Р 6 М 5 в среднем составила 9200 МПа. Микротвердость на поверхности стали Р 6 М 5 после плазменно-дугового упрочнения в среднем составила 13500 МПа. Увеличение микротвердости в 1,5 раза относительно исходного состояния на глубину 10001200 мкм свидетельствует об эффективности предлагаемого способа поверхностного упрочнения режущего инструмента. Заявляемый способ плазменно-дугового упрочнения в электролите, содержащем водный раствор соединений азота, позволяет получить на поверхности инструмента слои, обеспечивающие повышение износостойкости в 3 раза, а также позволяет равномерно распределить в тонком поверхностном слое все фазообразования,легированные азотом,стабилизировать гетерофазный слой и за счет этого улучшить эксплуатационные характеристики изделий. В таблице показаны преимущества заявляемого способа по сравнению с прототипом. Таблица Способы упрочнения Прототип Предлагаемый способ Улучшаются процессы упрочнения, технические характеристики упрочняемого изделия. Появляется возможность автоматизации процесса упрочнения и включения его в общий поток обработки режущего инструмента. В данном случае процесс упрочнения управляется при помощи персонального компьютера. ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ между анодом и инструментом, являющимся катодом,подключенным к источнику питания, погружение инструмента в электролит и нагрев его плазменной дугой, отличающийся тем, что рабочую часть инструмента сначала подвергают азотированию плазменной дугой при температуре 520-570 С в электролите из водного раствора, содержащем 10 4 и 5 4, выдерживают 4 - 6 минут, после чего отключают напряжение. Способ плазменно-дугового упрочнения режущего инструмента, включающий возбуждение плазменной дуги