Основные свойства и особенности обработки жаропрочных и коррозионностойких сталей

       Охлаждение  углекислотой является наиболее эффективным, однако и более дорогим методом  охлаждения. Жидкий углекислый газ, содержащий до 50% твердых частиц углекислоты снегообразной формы, под давлением подается в зону резания. В виде инея эти частицы с температурой -79 °С оседают на поверхность металла и вскипают, поглощая 158 ккал тепла на 1 кг углекислоты.

       Методика назначения режимов резания при обработке деталей из жаропрочных и нержавеющих сталей и сплавов в основном такая же, как и при резании обычных конструкционных материалов. Необходимо только учитывать специфические особенности их резания. 
    При конструировании станков, инструментов и приспособлений для обработки деталей из труднообрабатываемых материалов необходимо обеспечивать:

• повышенную жесткость механизмов для восприятия больших сил резания с минимальными деформациями;
• высокую виброустойчивость системы станок – приспособление – инструмент - деталь в условиях резания со значительными ударными нагрузками;
• незначительные зазоры в механизме подачи станка для равномерного резания упрочняющегося обрабатываемого материала;
• достаточный запас мощности электродвигателя станка, так как при резании жаропрочных сплавов силы резания больше, чем при обработке обычных конструкционных материалов;
• приспособления для обработки деталей должны быть прочными и жесткими, в них необходимо предусмотреть каналы для отвода стружки;
• инструменты должны быть короткими и жесткими.

       Кроме всего выше перечисленного добиться улучшения обрабатываемости жаропрочных  и нержавеющих сталей и сплавов  можно за счет:

• воздействия на структуру и механические показатели материалов с помощью специальной термической обработки;
• введения в зону резания ультразвуковых колебаний, облегчающих пластические деформации, снижающих коэффициент трения и повышающих температуру;
• подогрева обрабатываемого материала в печах или с помощью газовых горелок на станках или путем электроиндуктивного или электроконтактного нагрева;
• введения в зону резания слабых токов, что позволяет управлять механизмами электродиффузионного и окислительного износа режущего инструмента.

 
 
 
 
 
 
 
 

       2. обрабатываемость  жаропрочных и  коррозионностойких сталей и сплавов при различных видах обработки резанием 

       2.1 точение 

       Инструментальные  материалы.

       При точении коррозионностойких и жаропрочных  сталей основным инструментальным материалом являются металлокерамические твердые  сплавы. Лишь в определенных случаях (прерывистое резание с резкими изменениями нагрузки малой жесткости системы СПИД), когда не представляется возможным использовать твердосплавные резцы, применяют быстрорежущие стали, обладающие высокими режущими свойствами. В зависимости от структурного состояния обрабатываемых сталей, обусловленного режимом термической обработки, при точении этих сталей применяют различные твердые сплавы для оснащения резцов.

          При черновом точении сталей 10Х15Н27Т3МР (ЭП-700), 16Х20К6Н2МВЫ (ЭП-768) резцы следует оснащать пластинами из твердого сплава ВК8 или ВК6М. При чистовом и получистовом точении указанных сталей резцы должны быть изготовлены из твердого сплава ВК6ОМ или Т15К6.

       Геометрические  параметры резцов.

       Геометрические параметры режущей части резцов с пластинами из твердого сплава указаны в таблице 1. 
 

Таблица 1- Геометрические параметры режущей части резцов

Тип резца Эскиз режущей  части твердосплавных резцов Вид обработки Геометрические  параметры режущей части g, град gф, град a, град a2, град j, град ¦, мм 1 2 3 4 5 6 7 8 9 Проходные,  подрезные Чистовая  5¸15° - 6-10 - - - Проходные,  подрезные Получистовое, легкое черновое точение 0¸(+5) 0¸(-3) 6-10 0 – 0,2-0,4 Тяжелое  черновое точение, литейная корка, удар, сварные швы 0¸(-5°) - Отрезные Отрезка, прорезка 0¸5° 10 1,5-2,0 - 2° 0,2-0,3

 

       Элементы  режима резания при  точении.   

       Изыскание оптимальных режимов резания, при которых интенсивность износа инструмента имеет наименьшее значение, является важнейшей задачей при исследовании обрабатываемости резанием металлов. Проблема оптимального резания становится особенно актуальной в связи с появлением новых конструкционных материалов,  обладающих специфическими физико-механическими характеристиками. Исследования влияния параметров режима резания на стойкость твердосплавных резцов ВК6ОМ при обработке сталей 10Х15Н27ТЗМР (ЭП700), 16Х20К6Н2МВФ (ЭП768) и 11Х14К13М5НФБА (517К) позволило определить оптимальные значения этих параметров, которые можно рекомендовать для практического использования.

       Наиболее  рациональными параметрами режима резания при точении жаропрочной стали 10Х15Н27ТЗМР (ЭП700) могут быть (см. рисунок 1): скорость резания v = 35…50 м/мин; подача s = 0,1…0,3 мм/об; глубина резания t=0,5…3 мм. Чистовому точению соответствуют максимальные значения 5скорости резания при минимальных подачах и глубине резания. Черновая обработка должна производиться при меньших скоростях резания и больших подачах и глубинах резания.

 
 
 
 
 
 
 

Рисунок 1 - Зависимость стойкости резцов из сплава ВК6ОМ от параметров режима резания при точении стали 10Х15Н27ТЗМР (ЭП-700):

       1 – Т =f(v) при s=0,21 мм/об, t=1 мм;

       1 – Т =f(s) при v=50 м/мин,   t=1   мм;

       3 – Т =f(t) при v=50 м/мин, s = 0,21 мм/об.

       На  основании анализа результатов  исследования стойкостных зависимостей при точении коррозионностойкой стали 16Х20К6Н2МВФ (ЭП-768) от скорости резания, подачи и глубины резания можно рекомендовать как оптимальные следующие режимы резания (см. рисунок 2): v = 70…90 м/мин; s = 0,1…0,3 мм/об;  t =0,5…З мм.

 

    

  
 
 

Рисунок 2 - Зависимость стойкости резцов из сплава ВК6ОМ от параметров режима резания при точении коррозионностойкой стали 16Х20К6Н2МВФ         (ЭП-768):

       1 – Т =f(v) при s=0,21 мм/об, t=1 мм;

       1 – Т =f(s) при v=100 м/мин,   t=1   мм;

       3 – Т =f(t) при v=100 м/мин, s = 0,21 мм/об.

       Состояние обрабатываемого  материала. 

       При разработке технологических процессов изготовления деталей важным  моментом является определение в нем места термической операции, что существенным образом влияет на производительность, качество обработки и себестоимость. На основании анализа результатов проведенных  исследований    можно  рекомендовать следующие виды термической обработки  при точении   жаропрочной стали 10Х15Н27ТЗМР (ЭП-700), коррозионностойкой 16Х20К6Н2ВМФ (ЭП-768). При изготовлении деталей из жаропрочной стали 10Х15Н27ТЗМР (ЭП-700) черновое и получистовое точение следует производить в состоянии поставки (горячекованая), чистовые операции назначать после закалки и старения (закалка 100 °С - 3 ч, охлаждение в масле, старение при   750 °С - 16 ч, охлаждение на воздухе, старение при 50 °С - 10 ч, охлаждение на воздухе или закалка 1120 °С - 2 ч, охлаждение в масле, старение при 700 °С - 16 ч, охлаждение на воздухе, старение 650° С—10 ч, охлаждение на воздухе). Для коррозионностойкой стали 16Х20К6Н2МВФ (ЭП-768) рекомендуется следующий режим  термообработки: закалка 1050 °С - 1 ч, охлаждение в масле, обработки холодом при t = -70° С - 2ч, нагрев на воздухе, отпуск при

630 °С - Зч. охлаждение на воздухе, отпуск при 600 °С - 3 ч, охлаждение на воздухе.

       Черновые  и получистовые операции точения  при изготовлении деталей из высокопрочной стали 1Х14К13М5НФБА (517К) рекомендуется производить после следующего режима термообработки: нормализация 1050 °С - 1 ч, охлаждение на воздухе, двойной отжиг при 730 °С - 2ч, охлаждение на воздухе. Чистовое точение рекомендуется вести после термообработки: закалка 1150 °С - 1 ч, охлаждение в масле, обработка холодом при t =-70 °С - 2ч, нагрев на воздухе, отпуск при 550 °С - 2 ч, охлаждение на воздухе, отпуск при 640 °С - 1 ч, охлаждение на воздухе.

       2.2 Фрезерование

       Инструментальные материалы.

       Для рационального осуществления процесса торцового фрезерования жаропрочных, коррозионностойких и высокопрочных сталей в зависимости от их механических свойств и структуры, обусловленных режимов термической обработки, следует применять фрезы, оснащенные твердым сплавом. При обработке сталей 10Х15Н27ТЗМР (ЭП700), 11Х14К13М5НФБА (517К), 16Х20К6Н2МВФ (ЭП768), 9Г28Ю9ВБМ (ДИ-38) и сталей группы КВК после закалки и последующего высокого отпуска следует применять фрезы, оснащенные твердым сплавом ВК8. Стали 10Х15Н27ТЗМР (ЭП700) и 11Х14К13М5НФБА (517К) можно обрабатывать также фрезами, оснащенными сплавами ВК6 и ТТ10К8Б. При обработке высокопрочных сталей группы КВК, подвергнутых высокому отпуску или нормализации с последующим изотермическим отжигом, рекомендуется оснащать фрезы твердыми сплавами Т15К6, Т5К10 или ТТ10К8Б.

           Применение быстрорежущей стали  для изготовления режущей части фрез нецелесообразно, поскольку все быстрорежущие стали по сравнению с твёрдыми сплавами   обладают   низкими  режущими свойствами и не позволяют осуществлять производительное    фрезерование.    Лишь    при    фрезеровании стали 10Х15Н27ТЗМР (ЭП700) после ковки, возможно, применение фрез с режущей частью из быстрорежущих сталей Р12Ф5М и Р12ФЗКЮМЗ, которые показали    хорошую работоспособность. В этом случае фрезерование следует вести при меньших скоростях резания и с большей величиной подачи на зуб. Обязательным условием    обработки    быстрорежущими фрезами является применение СОЖ.

       Геометрические  параметры режущей  части фрез.

       При выборе геометрических параметров режущей  части фрез следует учитывать  состояние заготовки  (режимы термообработки),   материал режущей части инструмента и вид фрезерования  (черновое или чистовое).  Для черновой     обработки  сталей 10Х15Н27ТЗМР (ЭП700)  и 16Х20К6Н2МВФ  (ЭП768) торцовыми насадными фрезами со вставными   ножами,   оснащенными твердым сплавом ВК8, рекомендуются следующие геометрические параметры: главный передний угол = 5…10°; задние углы =15°; ₁  = 10…12°.  При фрезеровании сталей    9Г28Ю9ВБД (ДИ-38), 11Х14К13М5НФБА  (517К) и сталей   группы   КВ  главный передний угол следует назначать несколько меньше =0…5° при значениях заднего угла = 15…17°. При черновой обработке сталей, а также при использовании   двухкарбидных твердых сплавов рекомендуется на передней поверхности зуба фрезы, вдоль главной режущей кромки выполнять фаску f = 0,5…1 мм  с углом _f = -5…0.

       Элементы  режима резания при  фрезеровании.

       Результаты  исследования показывают значительную зависимость  обрабатываемости сталей от их свойств и структуры, различие которых достигается термической  обработкой.    Вследствие  этого  выбор значений параметров режима резания должен производиться с учетом термической обработки заготовок. Для производительной и качественной обработки сталей осуществляет несимметричное фрезерование при попутной схеме (по подаче) с тем, чтобы толщина среза на выходе зуба были минимальной. Такой метод фрезерования позволяет повысить стойкость фрез и улучшить качество обработанной поверхности. Но необходимым условием этого метода является   достаточная   жесткость системы СПИД.

         Рекомендуемые ниже режимы резания   предназначены для обработки  сталей по схеме попутного  фрезерования торцовыми фрезами, оснащенными твердым сплавом ВК8, имеющими оптимальные  геометрические  параметры.  Фрезерование     стали 10Х15Н27ТЗМР (ЭП700) рекомендуется осуществлять при следующих режимах резания: v = 10…20 м/мин;  t=1…2 мм;  s_z= 0,054…0,15 мм/зуб.

       Для получения заданной стойкости при  глубине резания  t = 1 мм и подаче s_z =0,08 мм/зуб скорость резания при фрезеровании заготовок, термообработанных по различным режимам можно определить по формулам:

       Режим №1 (см. табл. 2):

         м/мин,                                             (2.1)

       Режим №2 (см. табл. 2):

         м/мин,                                             (2.2)

       Режим №3 (см. табл. 2):

         м/мин.                                             (2.3) 
 
 
 
 
 
 

Таблица 2 – Режимы термообработки.

Режим термообработки	Темпера-тура испы-тания, ÅС	в	0,2	пц
		кгс/мм2
Режим № 1. Закалка при 1120ÅС – 2 ч, охлаждение в масле + старение при 770ÅС – 16 ч, охлаждение на воздухе + старение при 650ÅС – 10 ч, охлаждение на воздухе	20 600 650 700 750	116-126 96-99 88-91 79-90 66-71	88-98 80-85 80-82 74-81 64-68	- 73-76 73-76 73-76 58-60
Режим № 2. Закалка при 1000ÅС – 3 ч, охлаждение в масле + старение при 750ÅС – 16 ч, охлаждение на воздухе + старение при 650ÅС – 10 ч, охлаждение на воздухе	20 500 600 650 700	125-134 101-103 99-106 89-94 85-87	94-103 81-90 80-94 71-80 76-84	- 75-80 75-76 67-72 63-69
Режим № 3. В состоянии поставки (после  ковки)	20	103	89	-