ВУЗ: Не указан
Категория: Не указан
Дисциплина: Не указана
Добавлен: 09.04.2024
Просмотров: 191
Скачиваний: 1
закалка облегчается. Уменьшается опасность образования отпу щенных поверхностных слоев при шлифовании инструмента. Недостатки — тенденция к обезуглероживанию при термообра ботке и сниженный интервал температур аустенизации — преодо леваются точным контролем температур.
Рис. 10 наглядно иллюстрирует прочностные свойства различ ных марок быстрорежущей стали.
Значительное количество кобальта способствует повышению растворимости карбидов в аустените и тем увеличивает «горячую» твердость, что дает заметный эффект при высоких температурах
Рис. 10. Прочность при изгибе и ударная вязкость различных марок бы строрежущей стали:^
/ — п р о ч н о с т ь на и з г и б ; 2 — у д а р н а я в я з к о с т ь
резания. Например, резцы из сталей В18М4К25 и В14М7К25 при точении высокопрочных аустенитных сталей показали повышенную в десятки раз стойкость сравнительно с Р18.
В США для обработки высокопрочных материалов успешно применяют быстрорежущие стали с повышенным содержанием углерода (до 1,25% С вместо 0,8—0,9%), кобальта и молибдена (1,15% С, 4,25% Сг, 2,25% V, 5,25% W, 6,25% Мо, 12% Со). Снижается температура закалки, твердость после закалки HRC 70. Стойкость трехкратная. Но с повышением концентрации карбидов уменьшается вязкость стали.
На основе опыта ВНИИ рекомендует стали нормальной про изводительности марок Р6М5, Р6МЗ и повышенной производи тельности Р6М5К8 и Р9М4К8.
41
Термическая обработка быстрорежущей стали
Качество режущего инструмента и, в частности, его прочность и стойкость зависят не только от химического состава стали, но и в значительной степени от правильной термической обработки. Последняя заключается в основном в отжиге, закалке и отпуске при определенных температурах.
Отжиг применяется для устранения в инструменте внутренних напряжений, образовавшихся в результате предшествовавшей механической обработки, иначе имеется опасность образования трещин и изменения размеров и формы инструмента при закалке. Отжиг улучшает структуру материала инструмента, делает ее более равномерной и тем улучшает качество дальнейшей термиче ской обработки.
Быстрорежущая сталь отжигается путем медленного и равно мерного нагрева до 800—860° С с последующей выдержкой при этой температуре в течение времени, достаточного для прогрева сердцевины тела инструмента. Затем сталь равномерно охла ждается в печи или в какой-либо другой среде, обеспечивающей медленное остывание.
Закалка происходит при высоких температурах и самый про цесс нагревания под закалку выполняется ступенчато. Сначала подвергают инструмент медленному нагреву до 840—860° С. Быстрый нагрев здесь не рекомендуется во избежание образования трещин из-за плохой теплопроводности быстрорежущей стали. Затем, чтобы предотвратить обезуглероживание поверхности ин струмента, необходимо продолжать нагрев быстро вплоть до температуры (1280—1300° С), но не выше в зависимости от марки стали. Интервал закалочных температур и отпуска значительно снижается для новых быстрорежущих сталей. Например, реко мендуется для сталей Р6М5 и Р6М5К5 1200—1230° С, для сталей Р12 и Р9М4К8 соответственно 1240—1250 и 1215—1235° С при 2—3-кратном отпуске при 550—560° С.
Несмотря на высокую температуру нагрева, правильно зака ленная быстрорежущая сталь имеет мелкозернистую структуру, состоящую из легированного мартенсита (—50%), высоколегиро ванного аустенита (~30%) и сложных карбидов (-^20%). Необ ходимо подчеркнуть, что режущие свойства инструмента зависят не от рода охлаждающей среды, а от температуры закалки.
Отпуск рекомендуется почти для всех инструментов из быстро режущей стали, чтобы избавиться от аустенита, обладающего большой мягкостью и очень низкой теплопроводностью. При этом увеличивается стойкость инструмента. Отпуск желателен еще и потому, что он уменьшает опасность появления трещин, особенно у инструментов с острыми кромками и углами. Охлаждение после отпуска необходимо производить в печи или свободно на воздухе, но не в масле. Длительный трехчасовой отпуск необходим для вы деления из аустенита мельчайших карбидов. При этом понижается
42
легированность аустенита и обеспечивается возможность превра щения его в мартенсит. Стойкость инструмента заметно повышается после многократного отпуска. Переход от однократного отпуска с длительной выдержкой к многократному с короткими выдерж ками (30—60 мин) дает возможность получать относительно мень шее количество троостита и более полный распад аустенита.
Описанный выше типичный способ термической обработки при ходится видоизменять также в зависимости от формы инструмента. Так, при закалке профильных резцов из быстрорежущей стали, когда оплавление кромок нежелательно, инструмент нагревают только до температуры 1100—1200° С, но при этом отпуск произ водится при температуре не выше 225—275° С, чтобы, уменьшая внутренние напряжения в инструменте, в то же время сохранить его твердость. Вместе с тем необходимо отметить, что температура закалки, обеспечивающая наиболее высокую красностойкость, не совпадает с температурой, способствующей получению макси мальной прочности. Это особенно важно для мелких инструментов, которые обычно выходят из строя вследствие поломки до наступле ния нормального износа. Поэтому рекомендуется инструмент ма
лого размера (1—3 мм) закаливать при более низкой |
температуре. |
В этом случае с повышением прочности одновременно |
уменьшается |
деформация инструментов. |
|
Исследования А. П. Гуляева показали, что остаточный аустенит в структуре быстрорежущей стали можно устранить частично или почти полностью не только нагреванием, но и сильным ох лаждением стали до весьма низких температур, например в «сухом льду» — углекислом газе при температуре —(75-н80° С). В этом случае аустенит также превращается в мартенсит, в результате чего повышаются твердость и износоустойчивость инструмента. Необходимо применять обработку холодом сразу же после за калки до отпуска, так как выдержка закаленной стали при ком натной температуре и особенно ее отпуск делают остаточный аустенит более стойким.
В отечественной промышленности иногда применяются литые режущие инструменты из легированной стали. По своим режущим свойствам они мало уступают кованым инструментам из быстроре жущей стали; некоторые из них, например литые резцы из молибденованадиевой стали (0,7% С, 3,9% Сг, 1,28% V, 2,04% W и 8,1% Мо), подвергнутые после отливки отпуску с последующей обработкой при низкой температуре (в жидком воздухе), а также непосредственно в литом состоянии, показали более высокие ре жущие свойства по сравнению с коваными резцами из стали Р18. Литые инструменты дешевле кованых, так как при их изготовле нии значительно сокращаются потери быстрорежущей стали на отходы, сводится к минимуму механическая обработка и устра няются трудоемкие операции (отжиг и закалка). Сообщается
(VDI—Z. 1971, 113, N 13) о появлении быстрорежущей |
стали, |
изготовленной методом порошковой металлургии горячим |
прессо- |
43
ванием (1220° С) порошка, полученного из обычного расплава быстрорежущей стали в среде инертного газа, сжатого воздуха и водяного пара, и прессованием в вакууме смеси мелкозернистых порошков (1 мкм) исходных материалов. В последнем случае легко регулируется состав быстрорежущей стали при равномерном распределении мелких карбидов.
Методы повышения стойкости инструмента
В результате неудачной заточки инструмента вследствие пере грева происходит вторичная закалка его поверхности, при кото рой тончайший поверхностный слой приобретает мягкую аустенитную структуру. С помощью дробеструйной обработки этому слою можно вновь вернуть мартенситную структуру и тем восста новить необходимую поверхностную твердость. Но на практике чаще прибегают к специальной обработке инструмента, имеющей целью или удаление дефектного поверхностного слоя, или упрочне ние поверхностного слоя различными средствами. Для удаления испорченного поверхностного слоя прибегают чаще всего к до водке инструмента и реже к травлению или электрохромированию.
О доводке, повышающей стойкость инструмента и выравнива ющей его режущие кромки, подробнее будет сказано дальше. Доводка фасонного инструмента, имеющего сложный профиль, весьма затруднительна, и в таких случаях можно удалить дефект ный слой травлением или электрополированием.
Травление заключается в том, что инструмент, предварительно обезжиренный, погружают на 10—15 мин в ванну с разбавленным раствором серной и азотной кислот и небольшим количеством медного купороса. После травления и последующей промывки инструмент нагревают до 50—160° С для удаления водорода, вы зывающего хрупкость режущих кромок. Практикой установлено, что стойкость инструмента заметно повышается лишь при наличии достаточной первоначальной твердости (НВ ^ 250).
Электрополирование осуществляется следующим образом. В ванну с электролитом, содержащим раствор фосфорной и серной кислот, погружается инструмент и присоединяется к аноду источ ника постоянного тока. Катодом является свинцовая пластинка. При прохождении тока через инструмент и электролит происходит так называемое электролитическое травление, при котором быстрее растворяются выступы, следовательно, протравленная поверхность не только освобождается от дефектного слоя, но, кроме того, становится чище и ровнее, поэтому электролитическое травление называют электролитическим полированием.
Хромирование заключается в том, что поверхность инструмента покрывается тонким слоем хрома, обладающего высокой твер достью, износоустойчивостью, а также большой химической стой костью. Для этого предварительно доведенный инструмент погру жают в ванну со специальным электролитом, содержащим соли
44
хрома, и присоединяют его к отрицательному полюсу источника постоянного тока. Анодом служит свинцовая пластинка. Под воздействием тока соли хрома разлагаются, и на поверхности ин струмента быстро (через несколько минут) образуется тонкий слой хрома толщиной в 2—10 мкм твердостью до HRC 70.
Производственный опыт показывает, что стойкость хромирован ных инструментов, снимающих тонкую стружку (сверл, развер ток, протяжек, метчиков и пр.) увеличивается в 2—4 раза, а при резании мягких цветных металлов и сплавов — даже в 5—8 раз. При резании в тяжелых условиях, когда имеют место большие силы резания и высокая температура, не рекомендуется хромиро вание, так как с нагревом уменьшается твердость хрома и при температуре —500° С она меньше твердости закаленной быстро режущей стали. К тому же при значительных нагрузках проис ходит отслаивание хрома. В литературе отмечается эффективность нового метода упрочнения — соединения электролитического хро мирования с обычной цементацией, в результате чего в поверхност ном слое образуются карбиды хрома, глубоко проникающие в ме талл и прочно с ним связанные,.
Более удачным по сравнению с гальваническим хромированием считается диффузионное газовое и твердое термохромирование. В отличие от гальванического хромирования, которое произво дится после закалки, заточки и доводки инструмента, диффузион ное хромирование предшествует термической обработке инстру мента. Оно дает весьма износостойкую поверхность, но процесс очень длителен и кропотлив. Правда, в последнее время рекомен дуют ускорение этого процесса с помощью ультразвука.
Электроупрочнение режущего инструмента осуществляется с помощью специальной установки, представляющей собой раз рядный контур с двумя электродами, из которых один (анод) является цементирующим веществом, а в качестве второго (катода) служит упрочняемый инструмент. Оно заключается в том, что участки передней и задней поверхностей инструмента,, примыка
ющие к режущей кромке, |
насыщаются элементами электрода, |
а возможно и нитридами |
вследствие реакции обрабатываемого |
материала инструмента с ионизированным азотом воздуха, про исходящей при разрядах. При этом образуется тонкий упрочнен ный слой в 20—60 мкм.
В качестве упрочнителей применяются твердые сплавы, гра фит, феррохром, отбеленный чугун и др. На графике, построенном по опытным данным автора (рис. 11), показана стойкость резцов, упрочненных различными элементами. Как видим, упрочнение повышает стойкость инструмента в 2—7 раз, причем наиболее устойчивые результаты дал упрочнитель Т15К6.
В литературе [101, 129] отмечаются положительные результаты высокотемпературной механической обработки (ВТМО) быстро режущей стали. Сущность ее заключается в том, что в процессе охлаждения в закалочной среде инструмент подвергается дефор-
45
мацни с высокой скоростью 15—60 м/с (взрывом, искровым раз рядом, ударом дробью, электромагнитным импульсом). Механиче ское воздействие производится в первый момент охлаждения и образования неустойчивого аустенита, который под воздействием ударных нагрузок интенсивно переходит в мартенсит. В резуль-
1ч0
130
по
110
\WO
\9 0
; so
70
60 |
=3 |
|
|
50 |
I |
42 |
|
W |
|
||
|
| |
Неупрочнен- |
|
JOh |
|
||
|
|
||
20 |
|
i t |
itS? N нь/и резец |
10 |
|
|
|
0 |
|
|
|
Рис. 11. Сравнительная стойкость упрочненных резцов
тате такой обработки красностойкость инструмента не повышается, но его твердость и прочность возрастают до HRC 72—73 и проч ность до сги = 350 кгс/ммг .
Подобного результата достигают также путем диффузионного борирования токами высокой частоты на специальной установке при помощи обмазки (50% карбида бора и 50% криолита при связке этилсиликатовой); стойкость инструмента Р18 повышалась в 10—12 раз.
П. ТВЕРДЫЕ СПЛАВЫ
В1926 г. были изготовлены первые металлокерамические твердые карбидо-вольфрамовые сплавы, полученные методом по рошковой металлургии (методом спекания); они представляют собой как бы каркас из кристаллов карбида вольфрама, заполнен ный цементирующим материалом — твердым раствором карбидов вольфрама в кобальте с весьма небольшой концентрацией кобальта. Эти сплавы обладают большой твердостью даже при высоком нагреве, что делает их тепло- и износоустойчивыми и дает воз можность с их помощью обрабатывать весьма твердые материалы вплоть до закаленных сталей, отбеленных чугунов, камней и др.
Начиная с 1931 г. твердые сплавы качественно улучшаются благодаря изменению их состава и технологии. Появляются дйухкарбидные вольфрамо-титановые и трехкарбидные вольфрамо-ти-
46