Характеристика и выбор способов цианирования режущего инструмента

01.06.2018
Низкотемпературное цианирование режущего инструмента заключается в нагреве и выдержке инструмента при 530—560° в газовой, жидкой или твердой смеси, содержащей цианистые соединения. В процессе цианирования происходит одновременное насыщение азотом и углеродом поверхностного слоя стали, что повышает его красностойкость, твердость и износоустойчивость.

В результате цианирования стойкость режущего инструмента возрастает в 1,5—2 раза.

Твердость цианированного поверхностного слоя закаленной и нормально отпущенной быстрорежущей стали увеличивается в зависимости от способа_цианирования до 1050—1200 единиц по Виккерсу, что в пересчете по Роквеллу составляет 67—72 Rс.

На поверхности цианированной стали микроанализ обнаруживает темный слой, отличающийся от нижележащих слоев металла более интенсивной травимостью, а иногда нетравящуюся белую «корочку», лежащую на самой поверхности стали над этим темным травящимся слоем и богато насыщенную азотом и углеродом.

Общая толщина цианированного слоя составляет 0,02—0,07 мм и зависит от режима цианирования: с увеличением продолжительности выдержки при цианировании или при увеличении концентрации цианистых соединений в смеси возрастают степень насыщения поверхностного слоя азотом и углеродом и толщина белой корочки. Одновременно повышается твердость цианированного слоя.

Белая поверхностная корочка обладает хрупкостью, что отчетливо наблюдается, например, по ее выкрашиванию при изготовлении шлифа или по виду отпечатка алмазной пирамиды Виккерса (образуются трещины в углах ромба). В случае образования толстой корочки режущая грань инструмента может оказаться настолько хрупкой, что стойкость инструмента в результате цианирования понижается. Это требует тщательной регулировки состава цианирующей среды, температуры нагрева и продолжительности выдержки инструмента с целью избежать образования излишне толстой белой корочки и очень высокой твердости. Лучшую стойкость показывает инструмент, если твердость составляет: 1000—1100 Hw для стали РФ1 и ЭИ262 и 950—1050 Hw для стали ЭИ184 и Х12М; высокохромистые стали показывают после цианирования несколько более низкую твердость, чем высоковольфрамовые. Общая толщина цианированного слоя должна быть в пределах 0,02—0,05 мм, а толщина нетравящего слоя (белой корочки), по данным Ф.Ф. Соколова, не должна превышать 2—3 р.

Создание в инструменте твердого, но тонкого поверхностного слоя определяет место цианирования в технологическом процессе изготовления и обработки инструмента. Цианирование производят после шлифовки и заточки инструмента, для того чтобы тонкий цианированный слой не был снят в процессе изготовления инструмента.

При переточке инструмента по двум граням цианированный слой снимается. Поэтому такие инструменты, как резцы, должны вновь проходить цианирование после их переточки. В то же время многие типы фасонного режущего инструмента, затачиваемого после затупления по одной грани, например, резьбовые фрезы с американским зубом, метчики и др., сохраняют цианированный слой и после переточки. Вторичная химико-термическая обработка такого инструмента после переточки не является обязательной, и применение цианирования особенно эффективно для фасонного режущего инструмента, перетачиваемого по одной грани.

Нет необходимости цианировать инструмент тонкого сечения (мелкие сверла, мелкие метчики и т. п.) или инструмент с очень тонкими режущими гранями, так как цианирование может вызвать излишнюю хрупкость; например, Горьковский автомобильный завод не производит цианирования метчиков, имеющих 16 ниток на дюйм, и некоторых типов комбинированных разверток.

Для прохождения процесса насыщения поверхностного слоя азотом и углеродом температура нагрева инструмента должна быть не ниже 500—520°. Следовательно, цианированию можно подвергать только инструмент, изготовленный из стали, имеющей высокую устойчивость против отпуска и сохраняющей высокую твердость после нагрева до указанных температур (быстрорежущая сталь, а также сталь марок Х12 и Х12М).

Известны следующие способы низкотемпературного цианирования инструмента:

1) цианирование в газовой среде, состоящей из аммиака и углеродсодержащего газа: пиролизного или генераторного («газовое цианирование» или низкотемпературная нитроцементация);

2) цианирование в жидкой ванне, состоящей из расплавленных циансодержащих солей («жидкое цианирование»);

3) цианирование в твердой смеси, состоящей из циансодержащей соли и древесного угля («твердое цианирование»);

При выборе способа цианирования надо учитывать следующие соображения:

1. Повышение стойкости инструмента; лучшие результаты дают способы жидкого и отчасти газового цианирования, применение которых повышает режущие свойства инструмента примерно в 1,5—2 раза. При нормальном ведении процесса цианирование в газовой среде дает несколько более высокую твердость (на 25—50 ед. по Виккерсу) и несколько большую глубину цианированного слоя (0,03—0,06 мм), чем цианирование в жидкой среде (глубина слоя 0,02—0,04 мм). Н.А. Яхонин и Д.В. Литвак считают, что цианированный слой при выполнении процесса в газовой среде имеет меньшую хрупкость, чем слой, цианированный р жидкой среде.

Цианирование в твердой среде дает повышение стойкости инструмента, незначительно уступающее цианированию в жидкой среде.

2. Продолжительность ведения процесса; выполнение цианирования в жидкой соли требует 5—20 мин. (а в низкопроцентных ваннах 30—60 мин.). В то же время процесс газового цианирования и нагрева инструмента продолжается 1,5—3 часа, а цианирования в твердой среде 4—5 час.

При выполнении газового цианирования можно одновременно загружать в печь только инструмент, требующий одинаковой продолжительности выдержки. Поэтому инструмент, поступающий для газового цианирования, надо сортировать по партиям и проводить цианирование отдельно для каждой партии или же нагревать различные партии в разных печах. Для выполнения твердого цианирования такие партии можно укладывать в различные ящики и вынимать каждый из них в разное время из печи.

При выполнении цианирования в, жидких средах в одну ванну можно загружать различные инструменты, требующие разной продолжительности выдержки, и вынимать их из ванны каждый в отдельности.

Поэтому способ жидкого цианирования является более оперативным процессом из числа всех остальных способов цианирования.

3. По безопасности ведения процесса преимуществом обладают способы газового и твердого цианирования. Газы, применяемые при нитроцементации (аммиак и пиролизный или генераторный), не ядовиты, а образующиеся в процессе нитроцементации цианистые соединения (HCN) зажигаются при выходе их из муфеля и сгорают. Концентрация группы HCN, остающейся в муфеле и проникающей в рабочее помещение при выгрузке инструмента, — в этом случае незначительна.

Желтая или красная кровяная соль, применяемая при твердом цианировании, не является ядом в твердом состоянии и требует лишь внимательного обращения (правильное хранение, своевременное уничтожение отработанной соли).

Для жидкого цианирования применяют различные составы солей, обладающие разной степенью ядовитости. Наиболее ядовитыми являются ванны, содержащие цианистый калий и цианистый натрий, так как эти соли относятся к числу сильнейших ядов как в жидком, так и в твердом состоянии, что требует применения специальных мероприятий по технике безопасности.

Принципиально возможно применение для жидкого цианирования состава ванн с небольшим содержанием кровяной соли, а следовательно, с пониженным содержанием группы CN (низкопроцентные цианистые ванны) и практически мало ядовитых. Ванны такого состава в промышленности еще широко не проверены.

4. Каждый способ цианирования требует различного оборудования. Для газового цианирования необходимы специальная герметически закрывающаяся печь, газогенераторная или пиролизная установка, газовые счетчики и т. д.

Цианирование в жидкой соли требует менее сложного оборудования (ваша, сушильный шкаф), но по условиям техники безопасности его надо выполнять в изолированном помещении, оборудованном вентиляцией и стоком воды.

Для ведения цианирования в твердой среде не требуется специального помещения или оборудования, и этот процесс является технически наиболее простым; его можно выполнять в обычной печи, предназначенной для отпуска стали.

5. При газовом или твердом цианировании в печь загружают весь инструмент, в том числе и его хвостовую часть или державку, изготовляемую обычно из углеродистой стали При цианировании в жидкой соли инструмент загружают в ванну только режущей частью.

Поэтому державка хвостового или составного инструмента, изготовленная из углеродистой стали, в процессе газового и твердого цианирования дополнительно отпускается и снижает свою прочность, что надо учитывать при разработке технологического процесса.

6. При выполнении газового цианирования необходимы очень точная наладка процесса и тщательное регулирование газовой смеси, так как отклонения в составе газов, поступающих в печь, или небольшие изменения в их концентрации вызывают заметные изменения в твердости и структуре цианированного слоя.

Таким образом выбор того или иного способа цианирования зависит в первую очередь от конкретных условий, имеющихся на данном заводе. На крупном или специализированном инструментальном заводе, изготовляющем инструмент большими партиями определенного типа и размера (крупносерийное производство), эффективными процессами являются процессы жидкого и газового цианирования. На заводах, изготовляющих многочисленный по типам и размерам режущий инструмент, выпускаемый небольшими партиями (мелкосерийное производство), рационально применять процесс жидкого цианирования, как более оперативный и быстрый. Наконец, на заводах, не имеющих достаточной производственной площади или обрабатывающих режущий инструмент в незначительных количествах, целесообразно применять способ твердого цианирования.

Имя:*
E-Mail:
Комментарий: