Главная  Промышленность 

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 [ 55 ] 56 57 58 59 60 61


Al 900 WOO WD IZODfC

Рис. 18.2. Изменение химического состава аустенита (мартенсита) в стали Р18 в зависимости от температуры нагрева при закалке

Сложные по форме инструменты для уменьшения деформаций подвергают ступенчатой закалке с выдержкой в горячих средах при температуре 50(>-550°С.

После закалки не достигается максимальная твердость сталей (HRC 60-62), так как в структуре кроме мартенсита и первичных карбидов содержится 30-40% остаточного аустенита, присутствие которого вызвано снижением температуры точки ниже 0°С. Остаточный аустенит превращают в мартенсит при отпуске или обработке холодом. Отпуск проводят при температуре 550-570 °С. В процессе выдержки при отпуске из мартенсита и остаточного аустенита вьщеляются дисперсные карбиды MgC. Аустенит, обедняясь углеродом и легирующими элементами, становится менее устойчивым и при охлаждении ниже точки М„ испытывает мартенситное превращение Однократного отпуска недостаточно для превращения всего остаточного аустенита. Применяют двух-, трехкратный отпуск с выдержкой по ] ч и охлаждением на воздухе. При этом количество аустенита снижается до 3-5%. Применение обработки холодом после закалки сокращает цикл термической обработки (см. рис. 18.1,6). В термически обработанном состоянии быстрорежущие стали имеют структуру, состоящую из мар-

тенсита отпуска и карбидов (рис. 18.3), и твердость HRC 63-65.

Режущие свойства некоторых видов инструментов (фасонные резцы, сверла, фрезы, протяжки и др.) дополнительно улучшают созданием на неперетачи-ваемых поверхностях тонкого слоя (10-50 мкм) нитридов или карбонитри-дов. Такой слой характеризуется высокой твердостью {HV 10000 и более) и износостойкостью. Его получают газовым или ионным азотированием, которое проводят непродолжительное время (20-30 мин) при температуре, не превышающей температуру отпуска (470-550 °С). Используют также и другие способы: низкотемпературное цианирование, карбонитрацию, напыление нитридов титана.

Новым технологическим направлением повышения качества инструмента является его производство из распыленных порошков. Благодаря сильному измельчению карбидов и равномерному их распределению в спеченной стали стойкость инструмента увеличивается в 1,5-2 раза.

Спеченные твердые сплавы. К ним относятся материалы, состоящие из высокотвердых и тугоплавких карбидов вольфрама, титана, тантала, соединенных металлической связкой.


Температурный интервал превращения на рис. 18.1 обозначен усиленной линией.

Рис. 18.3. Микроструктура быстрорежущей стали Р18 после закалки и трехкратного отпуска, x 500



Твердые сплавы изготовляют методом порошковой металлургии. Порошки карбидов смешивают с порошком кобальта, выполняющего роль связки, прессуют и спекают при 1400-1550°С. При спекании кобальт растворяет часть карбидов и плавится. В результате получается плотный материал, структура которого на 80-95% состоит из карбидных частиц, соединенных связкой. Увеличение содержания связки вызывает снижение твердости, но повышение прочности и вязкости. Твердые сплавы производят в виде пластин, которыми оснащают резцы, сверла, фрезы и другие режущие инструменты. Такие инструменты сочетают высокую твердость HRA 85-92 {HRC 1А-1Ь) и износостойкость с высокой теплостойкостью (800 1000 °С). По своим эксплуатационным свойствам они превосходят инструменты из быстрорежущих сталей и применяются для резания с высокими скоростями.

Твердые сплавы характеризуются также высоким модулем упругости (до 6,8 10 МПа) и пределом прочности на сжатие (до 6000 МПа). Недостатки-сложность изготовления фасонных изделий, высокая хрупкость.

В зависимости от состава карбидной основы спеченные твердые сплавы выпускают трех групп.

Первую (вольфрамовую) группу составляют сплавы системы WC-Co. Они маркируются буквами ВК и цифрой, показывающей содержание кобальта в процентах (табл. 18.2). Карбидная фаза состоит из зерен WC. При одинаковом содержании кобальта сплавы этой группы в отличие от двух других групп характеризуются наибольшей прочностью, но более низкой твердостью. Теплостойки до 800°С.

Сплавы ВКЗ-ВК8 применяют для режущих инструментов при обработке материалов, дающих прерывистую струж-

ТАБЛИЦА 18.2. Химический состав и свойства некоторых спечевных твердых сплавов (ГОСТ 3882- 74)

Состав шихты, "„

Группа

Сплав

Не менее

1100

89,5

1400

89,5

1500

88,5

Воль-

1600

87,5

фрамо-

1650

ВК15

1800

ВК20

1950

ВК25

2000

Титано-

Т30К4

вольфра-

Т15К6

1150

мовая

Т5К10

1400

88,5

Титано-

ТТ7К12

1650

тантало-

ТТ8К6

1250

90.5

вольфра-

мовая

Пористость не превышает 2%.

ку (чугуна, цветных металлов, фарфора, керамики и т. п.).

Сплавы ВКЮ и ВК15, обладающие из-за повышенного содержания кобальта более высокой вязкостью, используют для волочильных и буровых инструментов, стойкость которых в десятки раз превышает стойкость стальных инструментов. Сплавы с высоким содержанием кобальта (ВК20 и ВК25) применяют для изготовления штамповых инструментов. Их применяют так же как конструкционный материал для деталей машин и приборов, от которых требуется высокое сопротивление пластической деформации или изнашиванию.

Вторую группу (титановольфрамо-вую) образуют сплавы системы TiC-WC-Co. Они маркируются буквами Т, К и цифрами, показывающими содержание (в процентах) карбидов титана и кобальта. При температуре спекания карбид титана растворяет до 70% WC и образует твердый раствор (Ti, W) С, обладающий более высокой твер-



достью, чем WC. Структура карбидной основы зависит от соотношения карбидов в шихте. В сплаве Т30К4 образуется одна карбидная фаза-твердый раствор (Ti, W) С, который придает ему наиболее высокие режущие свойства, но пониженную прочность. В остальных сплавах этой группы количество WC превышает его предельную растворимость в TiC, поэтому карбиды вольфрама присутствуют в виде избыточных кристаллов.

Сплавы второй группы характеризуются более высокой, чем у сплавов первой группы, теплостойкостью (900-1000 °С), которая повышается по мере увеличения количества карбида титана. Их наиболее широко применяют для высокоскоростного резания сталей.

Третью группу (титанотанталоволь-фрамовуго) образуют сплавы системы TiC-ТаС-WC~Co. Цифра в марке после букв ТТ (см. табл. 18.2) обозначает суммарное содержание (в процентах) карбидов TiC + TaC, а после буквы К-количество кобальта в процентах. Структура карбидной основы представляет собой твердый раствор (Ti, Та, W) С и избыток WC. От предыдущей группы эти сплавы отличаются большей прочностью и лучшей сопротивляемостью вибрациям и выкрашиванию. Они применяются при наиболее тяжелых условиях резания (черновая обработка стальных слитков, отливок, поковок).

Сверхтвердые материалы. Их широко применяют для оснащения (вставками) лезвийных инструментов (резцы, сверла, торцовые фрезы). Такие инструменты используют для чистовой размерной обработки при высоких скоростях резания (100-200 м/мин и более).

Среди сверхтвердых материалов первое место принадлежит алмазу, твердость которого {HV 100000) в 6 раз превосходит твердость карбида вольфрама {HV 17000) и в 8 раз-твердость быстрорежущей стали (ЯК 13000). Преимущественное применение имеют синтетические алмазы (борт, баллас, карбо-

надо) поликристаллического строения, которые по сравнению с монокристаллами отличаются меньшей хрупкостью и стоимостью. Алмаз теплостоек до 800 °С (при большем нагреве он графи-тизируется). Относительно небольшая теплостойкость компенсируется высокой теплопроводностью алмаза, снижающей разогрев режущей кромки инструментов при высоких скоростях резания.

Область применения алмазных инструментов ограничивается высокой адгезией к железу, что является причиной его низкой износостойкости при точении сталей и чугунов. Алмазным инструментом обрабатывают цветные металлы и их сплавы, а также пластмассы, керамику, обеспечивая при этом низкую шероховатость поверхности.

Большей универсальностью обладают инструменты из поликристаллического нитрида бора с кубической решеткой (3-BN), называемого кубическим нитридом бора (КНБ). КНБ получают спеканием микропорошков нитрида бора (с гексагональной, кубической решеткой или вюрцитоподобного) при высоких температурах и давлениях или прямым синтезом из нитрида бора с гексагональной решеткой (a-BN). В зависимости от технологии получения КНБ выпускают под названием: эльбор, эль-бор-Р, боразон.

Нитрид бора (P-BN) имеет такую же, как алмаз, кристаллическую решетку и близкие с ним свойства. По твердости КНБ (HV 90000) не уступает алмазу, но превосходит его по теплостойкости (1200°С) и химической инертности. Отсутствие у КНБ химического сродства к железу позволяет эффективно использовать его для обработки различных труднообрабатываемых сталей, в том числе цементованных и закаленных {HRC 60). При этом высокоскоростное точение закаленных сталей может заменить шлифование, сокращая в 2-3 раза время обработки и обеспечтая низкую шероховатость поверхности.



0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 [ 55 ] 56 57 58 59 60 61