Углеродистые инструментальные стали, содержащие более 0,8 % углерода (заэвтектоидные) широко используют для изготовления различных инструментов, таких, как вытяжные штампы для холодной штамповки при диаметре пуансона до 25 мм и режущий инструмент, не испытывающий в процессе работы нагрева выше 190-200 °C. Стандартная упрочняющая термическая обработка подобных изделий из данных сталей заключается в неполной закалке с температуры 760-780 °C, соответствующей аустенитно-цементитной структуре с получением структуры, состоящей из мартенсита закалки и вторичного цементита и последующего отпуска при температуре, не превышающей 150-170 °C, что обеспечивает сохранение твёрдости на уровне 62-63 HRC и выдержки при данной температуре продолжительностью 1-2,5 ч. в зависимости от сечения изделия.
Актуальной является задача снижения продолжительности отпуска инструмента из заэвтектоидной углеродистой стали У10-У13 при обеспечении достаточной вязкости его материала. Перед изобретением поставлена задача сокращения продолжительности технологического процесса упрочняющей термической обработки заэвтектоидных углеродистых инструментальных сталей и обеспечения более высоких значений показателей твёрдости притом, что инструмент не становится более хрупким. Решение поставленной задачи достигается тем, что углеродистые инструментальные стали У10-У13 подвергают закалке с температуры 760-780 °C на структуру, состоящую из мартенсита закалки и вторичного цементита, после чего при комнатной температуре подвергают в течение 10-15 минут воздействию пульсирующего дозвукового воздушного потока [1-5], имеющего частоту 1130-2100 Гц и звуковое давление 120-140 дБ, оказывающего комплексное влияние на метастабильную структуру мартенсита и способствующего протеканию в ней процессов, аналогичных превращениям при низком отпуске, вызывая при этом более значительное, чем при низком отпуске снижение остаточных напряжений.
Испытания, проведённые на образцах из углеродистой инструментальной стали У12 показали, что после описанной обработки их твёрдость до 2 единиц HRC превышает твёрдость после стандартного отпуска. При этом ударная вязкость после данной обработки не уступает ударной вязкости образцов после аналогичной закалки и стандартного отпуска, что может быть объяснено, прежде всего, более интенсивной, чем при отпускном нагреве релаксацией остаточных закалочных напряжений в результате распространения в стали механических волн, генерируемых пульсациями газового потока. Данный способ позволяет применять обработку пульсирующим газовым потоком к режущему, штамповому и другому инструменту из заэвтектоидных углеродистых инструментальных сталей, подвергаемых закалке на мартенситно-цементитную структуру. Таким образом изобретение позволило получить технический результат, а именно: сократить в 2-4 раза продолжительность технологического процесса упрочняющей термической обработки углеродистых инструментальных сталей и обеспечить более высокие значения показателей твёрдости притом, что инструмент не становится более хрупким.