Файл: Вульф А.М. Резание металлов.pdf

из быстрорежущей стали. Причины низкой обрабатываемости: большие силы резания, высокие температуры резания и абразив­ ные свойства, затрудненное стружкообразование. Этим можно объяснить, что некоторые исследователи рекомендуют оценивать обрабатываемость сталей и сплавов условным безразмерным коэффициентом (рр), равным произведению удельной силы резания

р ( ^ г у и коэффициента трения р пары обрабатываемой ма­ териал — инструмент. Здесь требуется большая жесткость системы СПИД, износостойкий, теплоустойчивый режущий ин­ струмент, стойкий против абразивного, адгезионного, диффузион­ ного износа.

Ниже рассматривается роль основных химических элементов

вобрабатываемости их резанием.

Уг л е р о д . При резании стали с весьма малым содержанием углерода трудно обеспечить чистую обработанную поверхность. Для обеспечения стойкости инструмента при обработке нелеги­ рованной стали оптимальным содержанием углерода считают примерно 0,10% для бессемеровских и 0,20% для мартеновских сталей. При увеличении количества углерода свыше 0,20—0,30% стойкость инструмента заметно ухудшается, так как прочность стали повышается в большей степени, чем снижается ее пла­ стичность.

Положение улучшают тем, что стали с весьма низким содержа­ нием углерода подвергают нормализации, а высокоуглеродистые стали — отжигу. В этом случае уменьшается пластичность мало­ углеродистой стали и ее склонность к надирам при обработке

чению чистой обработанной поверхности. Однако при этом не­ сколько форсируется износ инструмента.

Для легированных и особенно жаропрочных сталей влияние углерода более сложно, так как их твердость, и тем самым обраба­ тываемость, зависит от содержания легирующих элементов, по­ скольку последние дают карбиды различной твердости. В зави­ симости от режима термической обработки, т. е. температуры и времени выдержки, изменяется величина зерна твердого раствора, количество выделений упрочняющих фаз и их дисперсность. В этом случае с увеличением содержания углерода может быть замедлен рост зерна и тем самым улучшена обрабатываемость.

М а р г а н е ц упрочняет феррит и снижает пластичность стали. Соответствующий эффект зависит от количества углерода, марганца и фосфора. Полагают, что при содержании углерода менее 0,20% и марганца до 1,5% улучшается процесс резания, но с дальнейшим увеличением количества марганца и водорода быстро растет прочность стали и обрабатываемость ее ухудшается. В сильно легированных сталях (Г13, 45, Г17ЮЗ и др.) марганец,

199

не в пример другим легирующим элементам (вольфрам, молибден) упрочняет хромистый феррит при комнатной температуре более значительно, но в отличие от последних не уменьшает интенсив­ ности температурного разупрочнения в процессе резания («отдыха») и, следовательно, твердый раствор в железе не вызывает затруд­ нений при резании с большими скоростями. Кроме того, при на­ личии некоторого количества серы, образующей сульфид марганца, снижается трение, что дает возможность успешно производить обработку твердосплавными резцами с большими скоростями даже при наличии большой фаски износа по задней поверхности ин­ струмента. На поверхностях скольжения сульфид марганца обра­ зует защитный слой, играющий роль граничной смазки на по­ верхности твердосплавного инструмента.

Ф о с ф о р , как и марганец, снижает пластичность металла; фосфор и марганец входят в твердый раствор и охрупчивают фер­ рит, тем самым облегчая обрабатываемость обычных сталей при содержании фосфора до 0,15%.

С е р а при отсутствии марганца образует сульфид железа, обладающий склонностью выделяться в виде оболочек по грани­ цам зерен и облегчающий тем самым процесс резания. Но тогда значительно затрудняется прокатка или ковка стали. В связи с этим в автоматную сталь обычно вводят кроме серы марганец, образующий с серой сульфид марганца в виде множества суб­ микроскопических включений, которые нарушают сплошность

0,20%), сохраняя ее основные механические свойства, значи­ тельно улучшает обрабатываемость благодаря «смазывающему» действию мельчайших дисперсно распределенных частиц свинца. При этом одновременно нарушается непрерывность зернистой структуры металла, что способствует образованию хрупкой ко­ роткой стружки, облегчающей работу резца.

К р е м н и й ни при каких условиях не улучшает, а, наоборот, ухудшает обрабатываемость сталей вследствие образования си­ ликатных абразивных включений.

М о л и б д е н , в а н а д и й , х р о м , повышая прочность и вязкость сталей, ухудшают их обрабатываемость. Для облегчения процесса резания необходима специальная термическая обработка. Легирующие элементы (ванадий, вольфрам, молибден и др.) склонны образовывать карбиды и входят в твердые растворы. Дру­ гие легирующие элементы (никель, кобальт) входят только в твер­ дые растворы. Некоторые элементы (хром, марганец) могут пере­ ходить в твердый раствор в феррите или образовывать комплекс­ ные карбиды. Полагают, что карбидообразующие элементы не вызывают затруднений при отжиге, необходимом для улучшения обрабатываемости легированных сталей. Иначе обстоит с леги­ рующими элементами, образующими твердые растворы, которые придают ферриту большую прочность, в результате чего затруд-

200

няется обрабатываемость. Термическая обработкатаких леги­ рованных сталей в малой степени улучшает их обрабатываемость; последняя может быть улучшена наклепом, снижающим пла­ стичность феррита, и другими приемами.

ОБРАБАТЫВАЕМОСТЬ ВЫСОКОПРОЧНЫХ СТАЛЕЙ И СПЛАВОВ

Применяемые в машиностроении стали и сплавы с особыми физико-механическими свойствами можно разделить на следующие группы.

1. Коррозионно-стойкие (нержавеющие) хромистые ферритомартенситные стали (1X13, 2X13, 3X13 и др.), содержащие соот­ ветственно 0,05—0,45% С и около 13% Сг и ферритные (Х17, Х25). Они хорошо сопротивляются электрохимической коррозии

вусловиях работы с температурой до 600° С.

2.Жаростойкие хромоникелевые стали аустенитного класса, хорошо сопротивляющиеся химическому разрушению поверх­ ности в газовых средах при температурах 560—1200° С, рабо­ тающие в нагруженном или слабо нагруженном состоянии (1Х18Н9, 1Х18Н9Т, Х23Н18 и др.).

3.Жаропрочные хромо-никелевые аустенитные стали, опре­ деленное время работающие в нагруженном состоянии при вы­

соких температурах, деформируемые (Х18Н9Т, ХН35ВМТ и др.) и литые сложнолегированные сплавы на никелевой основе (ЖС6,

нитные стали ( П З , 45Г17ЮЗ) и немагнитные хромо-марганцови­ стые (45Г18Х5 и др.).

5. Титановые жаропрочные коррозионно-стойкие сплавы с дли­ тельной прочностью при 550—600° С.

В табл. 14 приведены прочностные характеристики различных сталей и сплавов, здесь же даны скорости резания v, полученные экспериментально при точении указанных материалов твердосплав­ ными резцами. В зависимости от структуры стали, содержащей аустенит (А), феррит (Ф), карбиды (К), интерметаллидные включе­ ния (И), скорости резания могут значительно колебаться относи­ тельно их средних значений.

По данным табл. 14 не обнаруживается определенная законо­ мерная связь обрабатываемости с физико-механическими свой­ ствами сталей и сплавов. Однако наблюдается резкое снижение -скорости резания при содержании в них упрочняющей интерметаллидной фазы.

Ферритомартенситные нержавеющие стали обрабатываются также успешно, как и обычные малоуглеродистые стали. Значи­ тельно сложнее положение с аустенитными и особенно жаро­ прочными сложнолегированными сталями и сплавами на никеле­ вой и кобальтовой основе.

201

П р и м е ч а н и е . Д л я с р а в н е н и я п р и в е д е н ы п р о ч н о с т н ы е д а н н ы е стали 45.