Термическая обработка быстрорежущей стали

Стойкость и прочность качественного режущего инструмента изготовленного из быстрорежущей стали зависит от химического состава стали и от правильной термической обработки. Термообработка состоит из отжига, закалки и отпуска.

Основным назначением отжига является устранение внутренних напряжений, которые возникают на поверхности после механической обработки, в противном случае возникает опасность изменения формы и размеров режущего инструмента и появление трещин при закалке. При отжиге структура материала инструмента улучшается, становится более равномерной и тем самым улучшает качество последующей термической обработки.

Отжиг быстрорежущей стали производится путём медленного и равномерного повышения температуры до 800-860^оC и выдержкой, необходимой для полного прогрева инструмента. После сталь равномерно охлаждают вместе с печью или в другой среде, обеспечивающей плавное и медленное снижение температуры.

Закалку быстрорежущей стали производят при высоких температурах, а сам процесс нагрева для закалки происходит ступенчато. Сначала идёт медленный нагрев до 840-860^оC потому, что у быстрорежущей стали плохая теплопроводность и быстрый нагрев может спровоцировать появление трещин. Затем идёт быстрый нагрев до температуры закалки 1250-1300^оC и охлаждение в охлаждающей среде. Быстрый нагрев необходим для предотвращения процесса обезуглероживания поверхности инструмента. Режущие свойства инструмента напрямую зависят от температуры закалки, а не от охлаждающей среды. При правильной закалке структура быстрорежущей стали становится мелкозернистой и состоит из высоколегированного аустенита (примерно 30%), легированного мартенсита (около 50%) и сложных карбидов (около 20%).

Появившийся в структуре аустенит обладает очень низкой теплопроводностью и большой мягкостью, чтобы от него избавиться рекомендуется проводить отпуск почти всех инструментов, которые изготавливаются из быстрорежущей стали. Отпуск быстрорежущей стали необходим ещё и потому, что он снижает вероятность возникновения трещин, особенно у режущих инструментов имеющих острые кромки и углы. Длительный трёхчасовой отпуск применяется для выделения мельчайших карбидов из аустенита. Вследствие этого снижается легированность аустенита и создаются условия для превращения его в мартенсит. Стойкость режущего инструмента существенно увеличивается при использовании многократного отпуска с короткими выдержками от 30 до 60 мин, при этом происходит полный распад аустенита и заметно снижается количество троостита.

Описанный выше типичный  способ термической обработки быстрорежущей стали приходится видоизменять  также в зависимости от формы инструмента. Так, при закалке профильных резцов из быстрорежущей стали, когда оплавление кромок не желательно, инструмент нагревают только до температуры 1100-1200^оС, но при этом отпуск производится при температуре не выше 225-275^оС, чтобы, уменьшая внутренние напряжения в инструменте, в то же время сохранить его твёрдость. В то же время необходимо подметить, обеспечивающая наиболее высокую красностойкость  температура закалки, не совпадает с температурой, содействующей приобретению наибольшей прочности. Это наиболее значимо для малых инструментов, которые обыкновенно выходят из строя в результате поломки до достижения нормального износа. Вследствие этого рекомендуется инструмент маленького размера  (1-3мм) закаливать при более низкой температуре. В этом случае с ростом прочности одновременно снижается деформация инструментов.

Как показали исследования, что в структуре быстрорежущей стали остаточный аустенит частично или полностью можно устранить не только нагреванием, но и сильным охлаждением до очень низких температур, в частности в «сухом льду» - углекислом газе -75 -80^оС. В данном случае аустенит также превращается в мартенсит, в результате чего износоустойчивость и твёрдость инструмента повышается. Обработку холодом необходимо применять незамедлительно после закалки до отпуска, поскольку выдержка закалённой стали при комнатной температуре и особенно её отпуск делают остаточный аустенит более стойким.