175233. lajstromszámú szabadalom • Eljárás öntött forgácsoló szerszámok gyártására ötvözött acélból
3 175233 rétegben a kívánt -~és~az ismert eljárással is beállított — mértékre, akkor a munkavégző réteg széntartalma az ismert megoldáséval egyező lesz, a karbidszerkezet finomsága, homogenitása viszont jelentősen javul és így a szerszám teljesítőképessége, az él élettartama is, a szerszámmag pedig szívósabb is lesz. Végeredményben ezzel az eljárással az öntési eljárásnál elért minimális munkaigény és a kovácsolási eljárásnál nagy munkaráfordítással elért jobb szövetszerkezet között olyan kompromisszumot találtunk, melynél a munkaigény csak kismértékben nő — nem összemérhetően a kovácsolási eljárás munkaigényességével és szakember-igényével -, a szövetszerkezet a munkavégző rétegben mégis ugyanolyan jó minőségű, sa szerszámmag szívóssága még jobb mint a kovácsolt szerszámé. Találmányunk szerint ezért az acél olvasztási műveletének befejező állapotában az acél karbontartalmát 0,2-0,4%-ra állítjuk be,az öntési szövet finomítása érdekében az olvadékba az olvasztás befejezése után, vagy öntés közben 0,1 - 0,8% ritka földfémet, pl. cériumot adagolunk, s az ebből az acélból öntött szerszámöntvény felületi rétegében finom karbidok létrehozása céljából diffúzió útján utólag, a végső hőkezelést megelőzően 0,7%-nál nagyobb karbontartalmat hozunk létre. Ennek folytán tehát a találmány szerinti forgácsoló szerszámok ötvözőfém tartalma alapvetően megegyezik a gyorsacélok - szabványos - összetételével, azzal az eltértéssel, hogy az említett ritka földfém adalékot is hozzáadjuk. Újabb kísérleteink azt mutatták, hogy a találmánnyal elérhető minőségjavulás akkor is elérhető, ha a lényeges új eljárási jellemzők (szénszegény állapotban való öntés, utólagos cementálás) megtartása mellett a kiegészítő adalék nem ritka földfém, hanem (ugynacsak 0,1-0,8%-nyi) cirkónium vagy niób. Az ötvözet összetétele: krómtartalom 2-6% közötti, wolframtartalom 0-24% közötti, molibdéntartalom 0-10% közötti, kobalttartalom 0-10% közötti, vanádiumtartalom 0,5-8,0% közötti, titántartalom 0-3% közötti. Az acél egyébként kisebb mennyiségben szokásos szennyező vagy kísérő elemeket is tartalmaz, amilyen a mangán, szilicium, foszfor, kén. Az eljárás egyik jellemzője tehát, hogy az acél olvasztási folyamatának végén a széntartalom viszonylag csekély: 0,2-0,4%.' Ezt az értéket szokásos módon állítjuk be, amennyiben a szenet az öntési folyamat befejező szakaszában adagoljuk, mert korábbi adagolás esetén a szén egyrésze kiégne. A másik jellemző, hogy az olvasztás végén vagy öntés közben az olvadékba 0,1-0,8%-ban, célszerűen 0,2-0,3%-ban egy vagy több ritka földfémet, pl. cériumot, esetleg cirkóniumot, illetve nióbot adagolunk. Ezzel az adalékkal kívánjuk elérni a finom szövetszerkezet kialakulását. Az adalék lehet misch - metall, lehet ferrocérium, esetleg szilikoncirkónium, illetve ferroniób. A harmadik jellemző hogy az így öntött szerszámöntvény felületi rétegében (pl. legalább 1 mm mélységig) utólag diffúziós módszerrel növeljük a karbontartalmat, mely így legalább 0,7% értékű lesz. A szén bediffundáltatására bármely ismert eljárás alkalmas célszerűen az ismert cementálási módszert alkalmazzuk, melynek részletesebb ismertetésétől közismert volta miatt eltekintünk, csak annyit jegyzünk meg, hogy az ismert termókémiai módszerek bármelyike alkalmazható: 4 — szilárd közegben a dobozos cementáláshoz hasonló módszerekkel; — gázközegben, az ún. gázcementálással; — folyadék közegben, az ún. sófürdős cementálással. A cementálás után - amely művelet a minimális ráhagyással készre forgácsolt, esetleg a közvetlenül köszörülési ráhagyással öntött öntvényen végzendő - következnek a gyorsacélok hőkezelésének szokásos műveletei, nevezetesen a lágyítás és/vagy egyéb végső hőkezelés, amely a gyorsacélokra jellemző edzésből és megeresztésből áll. Az eljárással a szerszám ideális szövetszerkezeti állapotát érjük el, mégpedig a magja kis karbontartalma következtében durva karbidokat nem tartalmaz, ezért szívós, a felületi rétegek viszont a diffúzió révén finon karbidokat tartlamaznak, amelyek finomabbak annál, amilyeneket bármiféle gyártástechnológiai módszerekkel elérni lehetne, — eltekintve a sokkal költségesebb porkohászati gyártástól. Mint ismeretes, éppen a durva öntési karbidok és az azok elroncsolásával kapcsolatos nehézségek korlátozzák a gyorsacélok vegyi összetételének határait. Az itt leírt módszer alkalmazásával azonban ezek a határok a szokásoshoz viszonyítva kiterjeszthetők. Ha ugyanis csak utólag ötvözzük a felületet karbonnal, nincs adadálya annak, hogy a komplex karbidképző elemek (V, Mo, W, Ti) mennyiségét tetszőlegesen nagy mértékben fokozzuk. Az utólag bediffundáltatott karbon ugyanis finom karbidokat hoz létre, amelyek sokkal kisebb gyártástechnikai nehézségeket okoznak, mint az olvasztástechnikai módszerekkel bevitt karbon. A találmány szerint gyártott ötvözött forgácsolószerszámok önköltsége lényegesen alatta marad az alakítással gyártott ötvözött forgácsoló szerszámokénak, ugyanakkor a használhatósági mutatókban az így öntött szerszámok nem maradnak el az alakított szerszámok megfelelő mutatóitól. A találmány szerint előállított szerszámokkal végzett kísérletek eredménye: 1. Szilárd közegben vezeti cementálás a) Szilárd cementáló szer: SZ 15/5 + 5% Na acetát Cementálási hőmérséklet: 1200 °C Cementálási idő: 6 óra Cementált réteg vastagsága: 2 mm (0,80% C-tartalom) Az acél eredeti C-tartalma: 0,32% b) Szilárd cementáló szer: SZ 15/5 + 5% Na acetát + 5 % CaC03 +10 cm3 víz Cementálási hőmérséklet: 1200 °C Cementálási idő: 6 ra Cementált réteg vastagsága: 3 mm (0,80% C-tartalom) Forgácsoló teljesítmény növekedés: 5-8% 2. Gázközegben végzett cementálás a) Cementáló gázközeg: PB-gáz + 02 (1:3 arány) Cementálási hőmérséklet: 940 °C Cementálási idő: 2 óra Cementált réteg vastagsága: 0,5 mm (0,80 % C-tartalom) Az acél eredeti C-tartalma: 0,32% b) Cementáló gázközeg: PB-gáz + 02 (1:1 arány) Cementálási hőmérséklet: 940 °C Cementálási idő: 4 óra Cementált réteg vastagsága: 1,1 mm (0,80% C-tartalom) 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65 2
