182608. lajstromszámú szabadalom • Eljárás szerszámacélok anyagszerkezetének részleges megváltoztatására és az így előállított szerszám
182608 A találmány tárgya eljárás szerszámacélok anyag- Bzerkezetének részleges megváltoztatására, valamint olyan szerszám, amely a magrésztől eltérő anyagszerkezetű felületi réteggel van ellátva. A primér karbidokat is tartalmazó, ötvözött szerszámacélok fontos mechanikai és üzemi tulajdonságait jelentős mértékben meghatározzák a bennük levő karbidok mennyisége, minősége, mérete, elosztása és az alapszövet karbon- és ötvözőtartalma, illetve szemcsenagysága. A szerszámok működése szempontjából általában kedvező, ha a karbideiosztás minél finomabb és egyenletesebb, illetve ha a karbidok minél keményebbek és a hőmérséklet szempontjából minél stabilabbak. Ugyancsak kedvező, ha az alapszövet karbon-, illetve ötvözőtartalmát a lehetőségek szerinti legnagyobbra növeljük, mert egy adott ötvözési rendszerben az ötvözök ilyen módon hasznosíthatók a legjobban a hőkezelés és az üzemeltetés során. A szerszámacélok anyagszerkezetének finomítása érdekében fejlesztették ki a világszerte széles körben alkalmazott átolvasztási eljárásokat (pl. : elektrosalakos átolvasztás, vákuum-ívfényes átolvasztás, elektronsugaras átolvasztás stb.) és az ugyancsak széles körben elterjedt porkohászati acélgyártási eljárásokat, amely utóbbiakkal elsősorban gyorsacélokat gyártanak. Mindkét eljárástípus eredményeként a hagyományos acélgyártási eljárásokkal gyártott acél-anyagszerkezethez képest finomabb primér karbidméretű, egyenletesebb karbideloszlású és általában kedvezőbb szennyező- és gáztartalmú acélszerkezetet lehet előállítani a szerszámtömb teljes keresztmetszetében. A szerszámok üzemelése során a működő felületek helyi igénybevétele nagy mértékben eltérő lehet a teljes szerszámtömb igénybevételétől, ennek következtében a szerszámanyaggal szemben támasztott követelmények is nagy mértékben eltérhetnek a működő felületekben és a szerszámtömb keresztmetszetében. Teljesen indokolt lehet a költséges átolvasztó, ill. porkohászati acélgyártó eljárások alkalmazása a működő felületek anyagszerkezetének biztosítására, ugyanakkor feleslegesek lehetnek a szerszámtömb teljes keresztmetszetében. Ismertek olyan eljárások is, amelyek során nagy energiájú hőforrások segítségével munkadarabok felületi rétegét olvasztják meg és az olvasztással együttjáró hőhatást egyidejűleg a hőkezelés elvégzésére használják fel. Az átolvasztott felületi réteg vastagsága azonban ennél a megoldásnál meglehetősen korlátozott, legfeljebb néhány tized mm. Ha az átolvasztást ennél vastagabb rétegben végzik, a lehűlés után a rétegben belső feszültségek és többnyire repedések lépnek fel. Minthogy szerszámok gyártásánál a finomított szerkezetű felületi réteg vastagsága a néhány tized mm-es, de az 1 mm-es értéket is célszerűen meghaladja, ezek ez eljárások ilyen célra nem alkalmazhatók. A jelen találmánnyal olyan eljárás kidolgozása a célunk, amellyel a korábbinál vastagabb átolvasztott réteg alakítható ki, célunk továbbá olyan a magrésztől eltérő anyagszerkezetű felületi réteggel ellátott szer3 számacélok kidolgozása, amelyből a hagyományosnál egyszerűbben és olcsóbban állíthatók elő jó minőségű szerszámok. A kitűzött feladatot a találmány szerint úgy oldottuk meg, hogy a munkadarabot előmelegítjük, majd felületének legalább egy részét legalább 1 mm vastagságban átolvasztjuk és így finomított anyagszerkezetű réteget alakítunk ki. Később további kezelést ; pl. hőkezelést, vagy termomechanikus kezelést végzünk. Bizonyos esetekben a hőkezelést levegőn történő hűtéssel lehet elvégezni. A jelen találmány alapja az a felismerés, ha a technológia során az olvasztást megelőzően előmelegítést végzünk, továbbá az olvasztást és hőkezelést szétválasztjuk és külön lépésekben végezzük, akkor az átolvasztott rétegben elkerülhető belső feszültségek és repedések kialakulása, így a finomított szerkezetű réteg vastagsága több mm is lehet. Az eljárással a finom dendrites réteg azáltal alakítható ki, hogy a munkadarab (szerszám) tömege biztosítja az olvadék dermedése során a szükséges hűtési sebességet. Az átolvasztott réteg hőkezelését a szerszám hőkezelésével egyidejűleg végezzük el. Adott esetben a hőkezelést mechanikus kezeléssel kombinálva, azaz termomechanikus kezelést végezve érhető el optimális eredmény. Az átolvasztást végezhetjük plazmasugárral, villamos ívvel vagy egyéb olyan — hozaganyagot nem igénylő — felületi olvasztó eljárással, amellyel a hevítés és azt követő lehűlés során létrehozható a finom, átolvasztott felületi anyagszerkezet. A találmány szerint kialakított szerszámacél felületi rétegének legalább egy része át olvasztott, finom dendrites szerkezetű anyag. Az átolvasztott réteg vastagsága 1—10 mm. A találmány szerint kialakított szerszámacélban a dendrites szerkezeti anyag szekunder dendrit ágainak mérete célszerűen legfeljebb 10 jzm és a dendrites mátrix finom eloszlású, 0,5—1 fj.ni szemcseméretű karbidos eutektikumot tartalmaz. Az így kialakított szerszámacélok mechanikai tulajdonságai általában kedvezőbbek, mint a hagyományos szerszámacéloké, ugyanakkor előállításuk olcsóbb és egyszerűbb a hagyományos technológiánál. A találmány további részleteit kiviteli példák segítségével ismertetjük. 1. Példa Kovácsolt lapokat készítettünk kivágó vágólapok céljára. A lapokat 2% karbont és 12% krómot tartalmazó szerszámacélból készítettük. A lapok mérete 120x120x40 mm volt. A felületi réteg megolvasztása előtt a lapokat 500 °C- ra előmelegítettük, majd felületüket 2 mm vastagságú rétegben elektronsugárral át olvasztottuk. Az átolvasztás után a munkadarabokat 500 °C/óra sebességgel hűtött ük le, a hidegrepedések elkerülése érdekében. A kapott átolvasztott rétegben finom szemcsés dendrites szerkezetet nyertünk karbidos eutektikummal. A sze4 5 10 15 20 25 30 35 40 45 5C 55 60 3
