прокату за визначенням відрізняються один від одного, вони мають цілу низку загальних фізико-механічних властивостей, які обумовлюють їх загальні технологічні властивості по оброблюваності різанням.
Основна структура більшості жаропрочкі і нержавійки являє собою зазвичай твердий розчин аустенітного класу з гранецентрированной кубічної гратами. При цьому велика частина деформуються жароміцних сплавів належить до типу дисперсно тверднуть, т. Е. В цих сплавах відбувається виділення з твердого розчину структурної складової - другої фази, відмінною від його основи і розсіяною по всьому об'єму сплаву в тонкодисперсної формі.
Висока дисперсність структури перешкоджає виникненню і розвитку процесів ковзання, при цьому опір повзучості сплаву підвищується.
Порівняння значень механічних характеристик жароміцних сталей і сплавів і сталі 45 показує, що значення істинного межі міцності на розрив Sк, межі міцності в і твердості НВ при звичайній температурі і відсутності деформації (зміцнення), приблизно рівні. Тому найгірша оброблюваність жароміцних і нержавіючих сталей і сплавів визначається іншими фізико-механічними і хімічними властивостями і, перш за все, структурою, механічними характеристиками, визначальними їх властивості не тільки в вихідному, але і в зміцненому стані і при нагріванні, а також теплофізичними показниками (температура плавлення, енергія активації, теплопровідність), що визначають властивості матеріалу при підвищених температурах.
Основні особливості різання жароміцних і нержавіючих сталей і сплавів, що утрудняють їх механічну обробку, такі.
1. Висока зміцнення матеріалу в процесі деформації різанням. Підвищена упрочняемость жароміцного і нержавіючого
прокату пояснюється специфічними особливостями будови кристалічної решітки цих матеріалів. Характеристикою, що визначає пластичність або здатність матеріалу до зміцнення, є ставлення умовної межі текучості, що відповідає 0.2-відсоткової залишкової деформації, до межі міцності 0.2 / в. Чим менше це відношення, тим більш пластичний матеріал і тим більшою роботи і сил різання вимагає він для зняття одного і того ж обсягу металу. Величина цього відношення для жароміцних сплавів становить до 0.4 ... 0.45, в той час як для звичайних конструкційних сталей ця величина складає 0.6 ... 0.65 і більше.
Внаслідок підвищеної здатності до зміцнення при пластичній деформації жароміцних сплавів значення в можуть зрости в 2 рази (з 60 до 120 кгс / мм), т - в 3 ... 4 рази (з 25-30 до 100 кгс / мм), при цьому відносне подовження зменшується з 40-65 до 5-10%.
2. Мала теплопровідність оброблюваного матеріалу, що призводить до підвищеної температури в зоні контакту, а отже, до активації явищ адгезії і дифузії, інтенсивному схоплюванню контактних поверхонь і руйнування ріжучої частини інструменту. Ці явища не дозволяють в ряді випадків використовувати при обробці жароміцних матеріалів недостатньо міцні інструментальні матеріали, в першу чергу, тверді сплави. Разом з тим при використанні швидкоріжучого інструменту з тих же причин доводиться приймати дуже малі швидкості різання. З огляду на поганий тепловідвід при обробці жароміцних і нержавіючих сталей і сплавів, основне значення набувають охолоджуючі властивості МОР.
3. Здатність зберігати вихідну міцність і твердість при підвищених температурах, що призводить до високою питомою навантаженням на контактні поверхні інструменту в процесі різання. Посилює дію цього фактора низька теплопровідність цих матеріалів, завдяки чому висока температура на контактних поверхнях не дозволяє помітно знизити механічні властивості по всьому перетину зрізаного шару.
4. Велика стирається здатність жароміцних і нержавіючих сталей і сплавів, обумовлена наявністю в них крім фази твердого розчину ще так званої другої фази, що утворює інтерметаллідним або карбідні включення. Ці частинки діють на робочі поверхні інструменту подібно абразиву, приводячи до збільшеного зносу. Велике значення мають також структурні перетворення, що відбуваються в цих матеріалах в процесі пластичної деформації і супроводжуються випаданням карбідів. Всі описані вище тверді включення спільно з високими температурами на контактних поверхнях призводять до інтенсивного абразивного і диффузионному зносу ріжучої частини інструменту, до явищ адгезії (схоплювання). Тому коефіцієнти тертя жароміцних і нержавіючих сталей по твердих сплавів у багато разів більше, ніж при терті звичайної стали 20.
5. Знижена вібростійкість руху різання, обумовлена високою упрочняемостью жароміцних і нержавіючих матеріалів при нерівномірності протікання процесу їх пластичного деформування. Виникнення вібрацій призводить до змінних силовим і тепловим навантаженням на робочі поверхні інструменту, отже, до мікро- і макровикрашіваніям різальних крайок. При наявності вібрацій особливо несприятливий вплив на знос інструменту надають явища схоплювання стружки з передньою поверхнею інструменту.
З огляду на розглянуті особливості, процес різання жароміцних і нержавіючих сталей і сплавів протікає таким чином: спочатку робочі поверхні інструменту стикаються з відносно м'яким, незміцнене металом і під їх впливом відбувається пластична деформація зрізаного шару, супроводжувана значним поглинанням прикладається ззовні (інструментом) енергії. При цьому зрізається шар отримує велике зміцнення і набуває властивостей наклепаного металу, т. Е. Стає крихким. Запас пластичності при цьому значною мірою вичерпується і відбувається зсув - руйнування, утворення елемента стружки. Мала теплопровідність цих матеріалів призводить до різкого зниження відводу тепла в стружку і оброблювану заготовку, а отже, підвищення температури в зоні контакту ріжучої частини інструменту і заготовки з активізацією процесів адгезії і дифузії. В результаті цього значно збільшуються знос інструменту і явища налипання (схоплювання), що викликають руйнування різальних крайок. Інтенсифікації цих процесів сприяють підвищені механічні характеристики оброблюваного матеріалу при високій температурі, велика стирається здатність матеріалів, а також змінне вплив цих факторів, обумовлене вібраціями.
В даний час існує багато способів полегшення обробки різанням важкооброблюваних матеріалів, в тому числі жароміцних і нержавіючих сталей і сплавів. Найбільш очевидними з них є способи, спрямовані на підвищення стійкості застосовуваних ріжучих інструментів. Це, перш за все, правильний вибір марки інструментального матеріалу і геометрії ріжучої частини інструменту, а також обов'язкове застосування охолодження в зоні різання з використанням різних охолоджувальних середовищ.
При обробці жароміцних і нержавіючих сталей і сплавів необхідно і доцільно застосування інструментів, виготовлених з інструментальних матеріалів, що володіють більш високими ріжучими властивостями: більш високою красностойкостью, хорошою опірністю абразивного зносу і стабільністю ріжучих властивостей. Згідно з дослідженнями, проведеними в цій галузі доцільно попередню обробку важкооброблюваних матеріалів виробляти твердосплавними різцями, а чистову - твердосплавними й швидкорізальними. З швидкорізальних сталей при обробці жароміцних сплавів найкращі результати дають застосування кобальтових і ванадієвих швидкорізальних сталей (Р14Ф4, Р10К5Ф5, Р9Ф5, Р9К9). Їх застосування призводить до значного скорочення витрат ріжучого інструменту, зниження собівартості продукції, що випускається і підвищення продуктивності.
З застосовуваних твердих сплавів виділяють 3 види. Перший вид, званий "зносостійким" - Т30К4, Т15К6, ВК3 і ін. - порівняно твердий і має високу опірність зносу. Другий вид сплавів - Т5К7, Т5К10 та ін. - володіє більшою в'язкістю, але меншою зносостійкістю. Третій вид - ВК6А, ВК8 - має найменший опір зносу, але більшу в'язкість і нечутливість до удару. Крім того при чистової і обробної обробці жароміцних і нержавіючих сталей і сплавів в якості інструментальних матеріалів застосовують мінералокераміки, а також природні та синтетичні надтверді матеріали.
Істотний вплив на підвищення стійкості інструментів при різанні важкооброблюваних матеріалів надають спеціальні методи зміцнення їх робочих поверхонь: хромування, ціанування, Електроіскрове зміцнення, радіоактивне опромінення і ін. Для швидкорізальних сталей. А на твердосплавні пластини з міцного (вузького) твердого сплаву наносять тонкий шар (
5мкм) іншого твердого сплаву (TiC), що володіє високою зносостійкістю. Для підвищення зносостійкості мінералокераміки застосовують плакірованіе - покриття захисними плівками.
Застосування мастильно-охолоджуючих рідин при різанні металів збільшує стійкість різального інструмента, покращує якість обробленої поверхні і знижує силу різання. В даний час застосування технологічних середовищ вважають одним з основних способів поліпшення процесів різання важкооброблюваних матеріалів. Слід зазначити, що ефективність застосування технологічних середовищ визначається їх фізико-хімічним складом і способом подачі в зону різання.
Ефективними є такі методи охолодження ріжучого інструменту, як високонапірна охолодження, що подається тонким струменем на задню поверхню інструмента, охолодження розпорошеної рідиною і охолодження вуглекислотою.
При високонапірна охолодженні рідина, витікаючи під великим тиском, розпорошується і, стикаючись з нагрітим металом, швидко випаровується, інтенсивно відбираючи тепло. Таке охолодження дає збільшення стійкості інструменту в 3 ... 6 разів у порівнянні з сухим різанням. Ще кращих результатів можна досягти застосуванням одночасно високонапірного охолодження з боку задньої грані різця і подачі рідини під тиском зверху на стружку. Недолік високонапірного охолодження - розбризкування рідини і утворення пари, що утрудняють спостереження за роботою інструменту.
Ці недоліки усуваються при охолодженні зони різання шляхом розпилення МОР стисненим повітрям. При цьому зменшується витрата емульсії. Стійкість інструменту збільшується в 2 ... 3 рази в порівнянні з роботою всуху.
Охолодження вуглекислотою є найбільш ефективним, однак і більш дорогим методом охолодження. Рідкий вуглекислий газ, що містить до 50% твердих частинок вуглекислоти снегообразной форми, під тиском подається в зону різання. У вигляді інею ці частинки з температурою -79 ° С осідають на поверхню металу і скипають, поглинаючи 158 ккал тепла на 1 кг вуглекислоти.
Методика призначення режимів різання при обробці деталей з жароміцних і нержавіючих сталей і сплавів в основному така ж, як і при різанні звичайних конструкційних матеріалів. Необхідно тільки враховувати специфічні особливості їх різання.
При конструюванні верстатів, інструментів і пристосувань для обробки деталей з важкооброблюваних матеріалів необхідно забезпечувати:
1) підвищену жорсткість механізмів для сприйняття великих сил різання з мінімальними деформаціями;
2) високу вібростійкість системи верстат-пристосування-інструмент-деталь в умовах різання зі значними ударними навантаженнями;
3) незначні зазори в механізмі подачі верстата для рівномірного різання зміцнюючих оброблюваного матеріалу;
4) достатній запас потужності електродвигуна верстата, так як при різанні жароміцних сплавів сили різання більше, ніж при обробці звичайних конструкційних матеріалів;
5) пристосування для обробки деталей повинні бути міцними і жорсткими, в них необхідно передбачити канали для відведення стружки;
6) інструменти повинні бути короткими і жорсткими.
Крім усього вище перерахованого домогтися поліпшення оброблюваності жароміцних і нержавіючих сталей і сплавів можна за рахунок:
1) впливу на структуру і механічні показники матеріалів за допомогою спеціальної термічної обробки;
2) введення в зону різання ультразвукових коливань, що полегшують пластичні деформації, що знижують коефіцієнт тертя і підвищують температуру;
3) підігріву оброблюваного матеріалу в печах або за допомогою газових пальників на верстатах або шляхом електроіндуктівного або електроконтактного нагріву;
4) запровадження в зону різання слабких струмів, що дозволяє управляти механізмами електродіффузіонного і окисного зносу ріжучого інструменту.
література:
1. Обробка різанням жароміцних, високоміцних і титанових сплавів. / Под ред. Н. І. Резникова. - М. Машинобудування, 1972. - 200 с.
2. Подураев В. Н. Різання важкооброблюваних матеріалів. - М. Вища школа, 1974. - 587 с.
3. Шифрін А. Ш. Резницький Л. М. Обробка різанням корозійностійких, жароміцних і титанових сталей і сплавів. - М. Л. Машинобудування, 1964. - 448с.
Доповідь Ткач М. А. Всеукраїнська науково-технічна студентська конференція. ДДМА. 19.04.05.