Сплавов

Тема 15. Особенности обработки труднообрабатываемых металлов и

Под высокопрочными закаленными сталями обычно понимают высоколе-

гированные и углеродистые стали мартенситного класса твердостью HRC >28.

В последнее время из этой группы выделяют сверхпрочные стали с пределом

прочности при растяжение σв>150 кгс/мм2 (1471,5 Мн/м2) и твердостью,

близкой или превышающей твердость быстрорежущих инструментальных

сталей | (HRC 60÷65).

Обработка резанием высокопрочных закаленных сталей xapaктеризуется

крайне малой пластической деформацией при стружкообразовании.

Механическая работа затрачивается главным образом на упругие

деформации и трение обрабатываемой заготовки о заднюю поверхность

инструмента. Нарост при обработке резанием этих материалов, как правило,

отсутствует. По этим причинам износ инструмента протекает весьма

интенсивно и происходите преимущественно по задней поверхности. При

обработке этих материалов из-за высоких значений механических

характеристик возникают большие значения силы резания. Это приводит к

частым случаям выкрашивания режущей кромки, особенно при использовании

твердосплавного инструмента с положительным передним углом. Удельная

сила резания, как правило, очень велика. Наилучшие результаты показывают

твердые сплавы ВК8, ТТ7К12, Т15К6.

Геометрические параметры инструмента выбирают исходя из

достижения возможно более высокой прочности режущего клина при

обеспечении удовлетворительного процесса стружкообразования.

Режущая кромка инструмента требует тщательной доводки. Державки

резцов для повышения жесткости изготовляют с увеличенным сечением.

Основными факторами, определяющими возможность рациональной

обработки резанием высокопрочных материалов, являются обеспечение

возможно большей прочности режущей кромки; создание высокой жесткости и

виброустойчивости технологической системы а также управление тепловыми

потоками, обеспечивающее максимально возможное разупрочнение материала

срезаемого слоя при сохранении достаточно высокой прочности и

износостойкости режущего инструмента при повышенных температурах.

Жаропрочным называется материал, способный работа в напря-

женном состоянии при высоких температурах в течение определенного

времени и обладающий при этом достаточной жаростойкостью, т. е.

стойкостью против химического разрушения поверхности в газовых средах

при высоких температурах. Другим важным свойством жаропрочных сталей

и сплавов является их высокая коррозионная стойкость в агрессивных средах.

Нержавеющим называется материал, обладающий высоким

сопротивлением коррозии в агрессивных, средах, прежде всего в атмосфере

воздуха, паров воды и кислот. Обычно к такого рода материалам

предъявляют требования обеспечения коррозионной стойкости при

рабочей температуре детали. Большинство жаропрочных сплавов, как

правило, обладает повышенной коррозионной стойкостью при высоких

температурах в различных средах. Поэтому, несмотря на то, что понятия

жаропрочных и нержавеющих материалов по определению отличаются друг

от друга, они обладают целым рядом общих физико-механических

свойств, обусловливающих их общие технологические свойства по

обрабатываемости резанием.

Основная структура большинства нержавеющих и жаропрочных

сталей и сплавов представляет собой обычно твердый раствор аустенитного

класса с гранецентрированной кубической решеткой. При ртом большая часть

деформируемых жаропрочных сплавов принадлежит к типу дисперсионно

твердеющих, т. е. в этих сплавах происходит выделение из твердого раствора

структурной составляющей — второй фазы, отличной от его основы и рассеянной

по всему объему сплава в тонкодисперсной форме.

Высокая, дисперсность структуры препятствует возникновению и

развитию процессов скольжения, при этом сопротивление ползучести сплава

повышается.

Жаропрочные и нержавеющие стали и сплавы в зависимости от

своего химического состава разделяются по обрабатываемости резанием на

восемь групп. Классификация этих (материалов по химическому составу

позволяет определить режимы обработки не только известных марок сталей и

сплавов, но и создаваемых вновь.

Основные особенности резания жаропрочных и нержавеющих сталей

и сплавов, затрудняющие их механическую обработку:

1. Высокое упрочнение материала в процессе деформации резанием,

которое объясняется специфическими особенностями строения кристалл-

лической решетки этих материалов.

2. Малая теплопроводность обрабатываемого материала, приводящая к

повышенной температуре в зоне контакта, а следовательно к активизации

явлений адгезии и диффузии, интенсивному схватыванию контактных

поверхностей и разрушению режущей части инструмента. Эти явления не

позволяют в ряде случаев использовать при обработке жаропрочных

материалов недостаточно прочные инструментальные материалы, в первую

очередь, твердые сплавы. При использовании быстрорежущего инструмента

по тем же причинам приходится принимать весьма малые скорости резания.

Учитывая плохой теплоотвод при обработке этих сталей и сплавов, основное

значение приобретают охлаждающие свойства СОЖ.

3. Способность сохранять исходную прочность и твердость при

повышенных температурах, что приводит к высоким удельным нагрузкам на

контактные поверхности инструмента в процессе резания.

4.Большая истирающая способность жаропрочных и нержавеющих

сталей и сплавов, обусловленная наличием в них кроме фазы твердого

раствора еще так называемой второй фазы, образующей интерметаллидные

или карбидные включения. Эти частицы действуют на рабочие поверхности

инструмента подобно абразиву, приводя к увеличенному износу.

5.Пониженная виброустойчивость движения резания, обусловленная

высокой упрочняемостью этих материалов при неравномерности протекания

процесса их пластического деформирования. Возникновение вибраций

приводит к переменным силовым и тепловым нагрузкам на рабочие

поверхности инструмента, следовательно, к микро- и макровыкрашиваниям

режущих кромок. При наличии вибраций особенно неблагоприятное влияние

на износ инструмента оказывают явления схватывания стружки с передней

поверхностью инструмента.

Учитывая рассмотренные особенности, процесс резания нержавеющих

жаропрочных сталей и сплавов протекает таким образом: вначале рабочие

поверхности инструмента соприкасаются с относительно мягким, неупрочнен-

ным металлом и под их воздействием происходит пластическая деформация

срезаемого слоя, сопровождаемая значительным поглощением

прикладываемой извне (инструментом) энергии. При этом срезаемый слой

получает большое упрочнение и приобретает свойства наклепанного металла,

т. е. становится хрупким. Запас пластичности при этом в значительной мере

исчерпывается и происходит сдвиг - разрушение, образование элемента

стружки. Малая теплопроводность этих материалов приводит к резкому

снижению отвода тепла в стружку и обрабатываемую заготовку, а

следовательно, повышению температуры в зоне контакта режущей части

инструмента и заготовки с активизацией процессов адгезии и диффузии. В

результате этого значительно увеличиваются износ инструмента и явления

налипания (схватывания), вызывающие разрушение режущих кромок.

Интенсификации этих процессов способствуют повышенные механические

характеристики обрабатываемого материала при высокой температуре, большая

истирающая способность материалов, а также переменное воздействие этих

факторов, обусловленное вибрациями. Одной из особенностей строения

жаропрочных сталей и сплавов является их значительная разнозернистость и

неравномерность выделения карбидной и интерметаллидной фаз. При

составлении технических условий на заготовки из жаропрочных материалов,

поступающих на механическую обработку, следует уделять особое внимание

равномерности их строения, поскольку в этих сплавах часто встречаются плохо

деформированные зоны после прокатки, штамповки или ковки. Наличие этих зон

приводит к резкому возрастанию действующих на инструмент сил резания и

температур и, как следствие, к мгновенному затуплению или разрушению режу-

щей части инструмента. Особенно много включений имеют литейные

жаропрочные сплавы.

Термическая обработка оказывает наибольшее влияние на обрабатывае-

мость резанием аустенитно-карбидных сталей с высоким содержанием углерода

и интерметаллидных, содержащих титан и алюминий; для низкоуглеродистых

сталей влияние термической обработки намного меньше. Наилучшую обрабаты-

ваемость аустенитных и аустенитно-карбидных сталей достигают термической

обработкой путем отжига или отпуска благодаря выделению из твердого

раствора вторичных фаз и, в результате этого менее интенсивного их

упрочнения Термическая обработка закалкой этих сплавов ухудшает их

обрабатываемость, при этом степень ухудшения обрабатываемости прямо

пропорциональна содержанию углерода и повышению температуры нагрева под

закалку. Причиной этого является растворение карбидов в аустените. В процессе

пластической деформации аустенит закаленного сплава распадается и образует

мелкодисперсные фазы, упрочняющие сплав. Обрабатываемость интерметал-

лидных сплавов, напротив, после отжига ухудшается, а после закалки

улучшается.

Дата добавления: 2014-12-17