Неухильне і точне дотримання всіх параметрів термообробки сприяє високій якості сталевого інструменту. Тому для загартування найкращим чином підходять вакуумні електропечі завдяки їх автоматизації і системі контролю.
Вакуумна термічна обробка є сучасною альтернативою класичній технології термічної обробки інструменту в соляних ваннах по ряду причин. Відпадає необхідність в проведенні трудомісткою операції очищення поверхні від залишків солей і подальшої підготовки до нанесення зміцнюючих покриттів типу нітриду титану. Підвищена швидкість нагрівання виробів в суміші солей призводить до виникнення максимального градієнта температур між поверхнею і серцевиною, що визначає високий рівень термічних напруг і, як наслідок, деформацію інструменту. Велика швидкість нагріву обумовлює також разнозерністимі мікроструктури при аустенізації і подальшої загартуванню. При термообробці виробів в суміші солей відбувається часткове обезуглероживание і втрата легуючих елементів в поверхневому шарі. У вакуумних електропечах ці явища можна практично повністю виключити. Можливість повного контролю процесу і точність підтримки режимів термообробки - одна з найважливіших причин популярності вакуумних електропечей при термічній обробці інструментальних сталей.
Кожен фахівець, пов'язаний з термообробкою інструментальних сталей, повинен пам'ятати про можливості оптимізації цього процесу. При цьому обов'язково використовувати найбільш підходящі режими нагріву, аустенізації, гарту і відпустки. І відповідно до цього здійснювати правильний вибір обладнання.
Процес термообробки інструментальних сталей в вакуумних печах починається з багатоступінчастого нагріву. Для інструменту з низьколегованої сталі рекомендується двоступеневий нагрів, для швидкоріжучого інструменту - триступеневий, а для великогабаритного інструмента або інструменту змінного поперечного перерізу - чотириступеневий.
Повільне прогрівання з необхідною кількістю сходинок дає певні переваги. Велика частина інструментальних сталей чутлива до теплових ударів через низьку теплопровідність. Зменшення термічних градієнтів знижує схильність сталей до розтріскування. Для більшості інструментальних сталей слід підбирати температуру попереднього розігріву, трохи нижче критичної температури перетворення матеріалу (АС1), і витримувати за часом стільки, щоб по всьому поперечним перерізом досягалася однорідність температури. Нагрівання інструменту з витримкою над критичною температурою забезпечує однорідні зміни в обсязі матеріалу, що зменшує його деформацію.
Першу сходинку підігріву для інструменту з низьколегованої сталі рекомендується проводити при 600 ° С, а для інструменту зі швидкорізальної сталі - при 850 ° С. Тепло поширюється від поверхні до серцевини, і за рахунок цього температура поверхні інструменту утримується нижче температури нагрівачів до повного прогріву серцевини інструменту. При цьому тривалість витримки повинна забезпечувати вирівнювання температури серцевини і поверхні інструменту, а також нагрівачів. Час витримки при першому підігріві в 2 рази перевищує час витримки при аустенізації. Перший підігрів інструменту зі швидкорізальної сталі до 850 ° С і подальша витримка при цій температурі здійснюється з метою зменшення напруги і скорочення часу нагріву при високих температурах.
Другу сходинку нагріву при 1050 ° С для інструменту зі швидкорізальної сталі необхідно використовувати в наступних випадках:
- для плотноупакованной садки з виробів малих розмірів;
- для термічної обробки виробів з поперечним перерізом більше 20 мм.
Другий підігрів дозволяє скоротити час витримки при остаточному нагріванні.
Крім того, інструментальні стали зазнають об'ємні зміни при переході від отожженной мікроструктури (в стані поставки) до аустеніту в ході розігріву. При нагріванні в соляних ваннах виникають неоднорідні об'ємні перетворення, можливі неконтрольовані деформації, особливо в разі деталей змінного поперечного перерізу. При нагріванні в вакуумних електропечах подібного явища можна уникнути. Великогабаритний інструмент змінного поперечного перерізу в цьому випадку додатково підігрівають при температурі 400-500 ° С.
Мета аустенізації - забезпечення повного або часткового розчинення карбідних частинок з наступною дифузією легуючих елементів в залізній матриці. Різні типи карбідів розчиняються з різною швидкістю, залежно від температури. Таким чином, підбір температури аустенізації визначається, головним чином, складом інструментальної сталі. Крім того, температура аустенізації може злегка варіюватися для отримання необхідних механічних властивостей інструменту з урахуванням конкретних застосувань.
Умови аустенізації у вакуумній печі також відрізняються від умов аустенізації в соляній ванні. Встановлено, що повільне нагрівання у вакуумних печах створює сприятливі умови для більш повного розчинення первинних карбідів і отримання високолегованого аустеніту.
Наприклад, верхня межа гартівних температур при цьому можна знизити на 20-30 ° С і на 15-20% зменшити разнозерністимі в мікроструктурі швидкорізальної сталі в порівнянні з нагріванням в соляній ванні.
Існує хороше емпіричне правило - одногодинна витримка на кожні 2,5 см найбільшого поперечного перерізу після того, як інструмент повністю досягне необхідної температури, але не менше двох годин, незалежно від розміру.
ОБЛАДНАННЯ ДЛЯ ВАКУУМНІЙ ТЕРМООБРОБКИ ІНСТРУМЕНТУ
В першу чергу для забезпечення необхідних властивостей виробів при термічній обробці в вакуумних печах необхідно правильно вибрати умови охолодження. Тривалий час найбільш поширеними способами загартування в вакуумних печах були: охолодження в маслі і охолодження газом - азотом при тисках менше 0,17 МПа. Для сильнолегованих сталей використовується також охолодження в вакуумі. Ці способи охолодження продовжують ефективно використовувати і в даний час. Для забезпечення повної прокаливаемости інструменту великого перерізу в даний час використовуються вакуумні печі з тиском інертного газу від 0,17 МПа до 2,0 МПа і ще більших тисках (вакуум компресійні електропечі). Для прискореного нагрівання садки при температурах нижче 800 ° С в вакуумних печах останнього покоління використовують конвекційну передачу тепла за рахунок циркуляції газу - азоту від нагрівального модуля до коші. Дане технічне рішення дозволило помітно скоротити час циклу термічної обробки садки.
Охолодження при безперервної загартування в маслі піддаються інструменти простої форми товщиною або діаметром 30-40 мм з низько- і середньолегованих сталей. Для термообробки інструменту з загартуванням в масло і «негайного відпустки» в одному циклі нами пропонується нова вакуумна електропіч моделі СЕВФ 3.3 / 11,5 ИЗМ-ОТТОМ (фото 1). У цій печі садка спочатку нагрівається в вакуумі до температури гарту. Після ізотермічної витримки при заданій температурі садка занурюється в гартівну середу (вакуумне масло (ВМ 3) або Нетоксол). Після цього садка витягується з закалочной середовища в зону завантаження (середню зону). Витримка садки після гарту забезпечує стікання залишків закалочной рідини і зниження температури нагрівального модуля до температури відпустки, протягом часу виключає гартівне розтріскування. Після цього садка піднімається назад в нагрівальний модуль (при температурі відпустки). Нагрівається і витримується при заданій температурі. Охолодження садки після відпустки можна виробляти в закалочной середовищі або у вакуумі разом з піччю.
Піч СЕВФ 3.3 / 11,5 ИЗМ-ОТТОМ є екологічно чистою. У ній відсутня викид хімічно активних газів в атмосферу приміщення, що забезпечує її вибухо-та пожежобезпечність в процесі експлуатації. Піч може застосовуватися як загальнопромислова в авіаційній, електронної, радіотехнічної, електротехнічної, машинобудівної та інших галузях промисловості.
Таким чином, промисловим підприємствам для проведення загартування в масло і «негайного відпустки» інструменту з низько- і середньолегованих сталей в одному виробничому циклі, з проміжним циклом вакуумного знежирення, пропонується вакуумна електропіч опору нового покоління моделі СЕВФ 3.3 / 11,5 ИЗМ-ОТТОМ, яка відноситься до сучасного високотехнологічного термічного обладнання. Деталі з такою печі виймають світлими і сухими.
Для нагріву та охолодження в вакуумі малорозмірних інструменту з високолегованих сталей пропонується нова вакуумна електропіч моделі СЕВЕ 3.3 / 13 ІВ ОТТОМ (фото 2). Конструкція печі допускає використання систем прискореного охолодження на базі статичних атмосфер газу - азоту або аргону.
Вакуумна елеваторна електропіч опору моделі СЕВГ 3.3 / 13 ІЗГ-ОТТОМ (фото 3) призначена для загартування дрібного інструменту (діаметром або товщиною менше 100 мм) з різних марок швидкорізальних (Р18, Р9, Р6 М5, Р6 М5 Ф3, Р5 М5 К5 і ін .) і високолегованих сталей в потоці охолоджуючого газу (азот або аргон) при тисках менше 0,17 МПа.
У зоні прискореного охолодження розташовується газовий Спрейер. До зони прискореного охолодження пристиковується зовнішня система циркуляції газу (фото 3), яка обладнана теплообмінниками для зниження температури охолоджуючого газу і потужної газодувки.
До теперішнього часу розробка нових інструментальних матеріалів з більш високим рівнем фізико-механічних властивостей шляхом використання постійно уссложняющіхся складів виявився вичерпаним. Тому підвищення службових характеристик інструменту можливо завдяки розробці нових технологій:
- виробництва інструментальних матеріалів традиційного складу;
- нанесення зміцнюючих покриттів;
- об'ємного зміцнення за допомогою термічної обробки, яке нерозривно пов'язане з використанням новітнього вакуумного пічного обладнання.