Файл: Вульф А.М. Резание металлов.pdf

Необходимо отметить существенное влияние титана на обра­ батываемость стали; даже небольшие присадки его (0,35% Ti) к хромистой стали значительно повышают ее вязкость, в резуль­ тате чего усиливается склонность стружки к схватыванию с рез­ цом. Если количество титана превышает в пять раз содержание углерода, образуется интерметаллическое соединение титана с ни­ келем, способствующее упрочнению сплава и тем самым ухудшению обрабатываемости. Твердые интерметаллические включения и карбиды образуются также при некоторых соотношениях легирующих элементов и уг­ лерода в сталях и сплавах.

обрабатываемости металла резанием. Механизм упрочнения доста­ точно сложен и обычно объясняется взаимодействием изъянов — свободных мест в кристаллической решетке и смещением атомов вблизи границ зерна с последующим блокированием сдвигов (дислокационная теория деформации). Кубическая гранецентрированная кристаллическая решетка аустенита обладает меньшим количеством плоскостей скольжения сравнительно с кубической объемно-центрированной решеткой феррита и потому упрочнение аустенита происходит сравнительно в большей степени.

Склонностью к высокому упрочнению отличаются марганцо­ вистые аустенитные стали, железо-никелевые титановые, никель- хромо-молибденовые стали (рис. ПО). По горизонтальной оси отложено уменьшение площадей поперечного сечения испытуемых образцов при растяжении F относительно первоначальной пло-

203

щади F0, [k-p-j и л и уменьшение сечения (в % ) , а по вертикаль­

ной оси — истинное напряжение.

Существенным для оценки обрабатываемости резанием яв­ ляются такие физические свойства металлов, как теплопровод­ ность и удлинение их в результате нагрева в процессе резания. Аустенитные стали сравнительно с конструкционными обладают втрое меньшей теплопроводностью (0,03—0,04 и 0,12 кал/см с • град)

ипочти вдвое большим относительным удлинением (10.10- 6 и

18.10- 6 ). Соответственно жаропрочные сплавы имеют теплопро­

водность в четыре раза, а титановые в 10 раз меньшую по сравне­ нию с нелегированными сталями. Низкая теплопроводность обра­ батываемого материала приводит к высокой температуре резания, что снижает стойкость и увеличивает деформацию режущего ин­ струмента и обрабатываемой детали.

Нестабильность физико-механических свойств обрабатываемых металлов одних и тех же марок наблюдается тем больше, чем сложнее их состав. Это связано с технологией получения загото­ вок, т. е. процессом их плавления, содержанием обогатительных присадочных элементов, степенью раскисления, режимом тепло­ вой и механической обработки. Особенно вредным является струк­ турная неоднородность металла, вызванная ликвацией при осты­ вании слитков.

Отмечается, что обрабатываемость резанием, выражаемая коли­ чеством обработанных деталей до затупления инструмента, коле­ балась для хороших плавок до 20%; средний разброс стойкости инструмента при обработке деталей хороших и плохих плавок стали выражался отношением 4 : 1 и предельные значения износа инструмента при постоянных параметрах резания колебались в отношении 50 : 1. Это иллюстрируется графиками износа резца

обрабатываемости легированной стали в результате термической обработки. Сталь Н18К8М5 (дополнительно до 0,5% Ti, до 0,15% А1) со структурой никель-мартенсита отличается от струк­ туры обычного мартенсита отсутствием углерода и получена после аустенизации при 820° С с последующим охлаждением в воздухе. Сравнительно мягкая (HRC 28—33), она хорошо обрабатывалась резанием (v = 70-^120 м/мин, s = 0,38 мм/об) при точении твер­ досплавным резцом.

В таком мягкозакаленном состоянии металл содержит кобальт, титан и молибден в пересыщенном твердом растворе. При нагреве до 450—480° С и трехчасовой выдержке из пересыщенного рас­ твора выделяется интерметаллидная титано-никелевая и молиб- дено-никелевая фаза, характер и структура которых пока хорошо не изучены. Теперь твердость металла значительно повысилась

204

большом количестве селен вместе с серой образуют с расплавлен­ ным металлом весьма тугоплавкие селениды, имеющие невысокую

Рис. 111. Влияние нестабильности обрабатываемого материала на износ режущего инструмента:

• — старые поставки; О — новые поставки; а, Ь, с, d, е — р а з л и ч ­ ные с т р у к т у р ы

Ввиду большой склонности к наклепу рекомендуется в процессе обработки жаропрочных сталей не прекращать резания и избегать ручной подачи, применять режущие инструменты с острыми, тщательно заточенными и доведенными режущими кромками. Особое внимание необходимо уделять выбору оптимальной гео­ метрии и материала инструмента. Для наиболее вязких жаропроч­ ных сталей на основе тантала и ниобия не рекомендуются твердо­ сплавные инструменты; вольфрамо-молибденовые, быстрорежужущие инструменты должны иметь передние углы у = 20-ьЗО°. Для более хрупких материалов на базе молибдена и вольфрама при точении и торцевом фрезеровании желательны твердые сплавы марок ВК6М и ВК8, обычно применяемые при обработке чугуна; при этом для сталей на основе молибдена передний угол у = 15—=— -4-20°, на основе вольфрама у ^ 5°.

Соответственно рекомендуются умеренные скорости резания и малые подачи. Например, при обработке твердосплавными рез­

205

резания и подача должны быть такими, чтобы не работать по

В табл. 15 в основном представлены жаропрочные сплавы на никелевой основе. Их можно разделить на две группы. Первая группа — легированные алюминием и титаном. Упрочнение про­ исходит за счет выделения фазы типа N i 3 (Ti, А1). К этой группе относятся сплавы: ЭИ437, ЭИ617, ЭИ826, ЭИ929. Вторая группа — легированные алюминием (ЭИ661, ЭИ827, ЭИ867), упрочнгемые фазой N i 3 A l . Сплав ЭИ787 — на железной основе. Все они обла­ дают высокой прочностью, твердостью и низкой теплопровод­ ностью. Характеристики пластичности б %, "чр %, а к у жаропроч-

206

ных сталей изменяются в широком диапазоне аналогично кон­ струкционным сталям и примерно на подобном уровне.

Указанные жаропрочные сплавы относятся к классу диспер- сионно-твердеющих металлов и прочность их повышается терми­ ческой обработкой — закалкой и старением. В зависимости от температуры и времени выдержки получаются та или иная вели­ чина зерна, количество упрочняющих фаз и их дисперсность.

Обрабатываемость улучшается после специальной термиче­ ской обработки, когда помимо измельчения зерен имеют место коагуляция частиц избыточной фазы и разупрочнение твердого раствора. Однако при этом прибегают к дополнительной терми­ ческой обработке для восстановления жаропрочности.

Необходимо отметить условность коэффициентов относитель­ ной обрабатываемости, представленных в табл. 15. Они могут существенно измениться в зависимости от марки инструменталь­ ного материала, жесткости системы СПИД, диапазона режимов резания и других условий.

Обрабатываемость чугунов

Чугун обрабатывается труднее, чем нелегированная сталь. Это объясняется его плохой теплопроводностью и наличием твердых вкраплений цементита, карбидов и песка, обладающих сильными абразивными свойствами; лучшими по обрабатываемости счита­ ются ковкие чугуны со структурой, состоящей из ферритной основы и мелких вкраплений графита, действующего как смазка. Содер­ жание графита в чугуне улучшает его обрабатываемость, но при крупных включениях графита обработанная поверхность полу­ чается грубой. В этом случае, чтобы улучшить чистоту поверхно­ сти необходимо работать с меньшими глубиной резания и пода­ чей. Твердость микросоставляющих чугуна определяет его абра­ зивные свойства и оказывает значительное влияние на стойкость

инструмента, если содержание его не превышает 5%, как это бы­

статочном количестве хрома, никеля, молибдена. Чугуны с иголь-

207