17.06.2019
Экскурсия в крепостной комплекс Девин в Словакии является одной из самых популярных. Крепость Девин территориально расположена...


17.06.2019
Среди различных строительных материалов древесина занимает высокие позиции. Дома из бруса строят те, кто хочет получить тёплое...


15.06.2019
Функциональный кварцвиниловый пол считается прекрасной альтернативой покрытию из паркета, древесному массиву и иным уникальным...


15.06.2019
С целью предохранения разнообразных индустриальных объектов от коррозийных процессов и обеспечения их изысканного внешнего облика...


14.06.2019
В наше время при необходимости срочно пополнить свой электронный кошелек, банковскую карту или счет на телефоне любой человек...


14.06.2019
Для многих объектов в виде зданий или конструкций, производится процедура строительной экспертизы. Любые капитальные сооружения...


Обрабатываемость сталей и сплавов

09.06.2018
Обрабатываемость — это совокупность свойств обрабатываемого материала, определяющая максимальную стойкость инструмента. Обычно обрабатываемость какого-то материала рассматривают в сравнении с обрабатываемостью эталонного материала, имеющего достаточно широкое распространение.

Под обрабатываемостью материала при резании в металлургии принимают интенсивность съема стружки в единицу времени при оптимальном инструментальном материале, режиме, геометрии инструмента и качестве обработанной поверхности.

Группы обрабатываемости сложнолегированных сталей и сплавов приведены в табл. 13. В теоретическом плане обрабатываемость зависит от химического состава сталей и сплавов. Поэтому нижерассматриваемая классификация сталей и сплавов имеет ограниченное применение, тем более, что пополнение групп новыми марками в заводских условиях осуществляется по ближайшей аналогии химического состава.

Показанная на рис. 32 зависимость обрабатываемости специальных сталей и сплавов от процентного содержания легирующих элементов носит общий закономерный характер при значительном числе труднообъяснимых отклонений. Создание более совершенной классификации материалов по обрабатываемости, помимо практического опыта и химического состава сталей и сплавов, должно учитывать структуру, механические, теплофизические свойства металла, а также особенности поверхности, связанные с дефектным слоем и геометрией и др. Можно указать, например, на разницу в обрабатываемости между донной и прибыльной частями слитка из стали одной и той же марки.

Принято считать, что материал обладает удовлетворительной обрабатываемостью, если в процессе его обработки наблюдается минимальный износ инструмента, а стойкость инструмента и качество обработанной поверхности достаточно высоки. Задаваясь определенной стойкостью инструмента, обрабатываемость можно определять по максимально допустимой скорости резания, которая находится из выражения

где Cv — постоянная, определяемая из условий опыта;

xk — величина, отражающая совокупное влияние Глубины резания и подачи на скорость резания.

Величину Xk определяют по формуле

где a, b — длина активного участка соответственно главной и вспомогательной режущих кромок;

е1, е2 — углы, определяемые из системы уравнений:

где е — угол в плане при вершине.

К наиболее труднообрабатываемым материалам можно отнести: стали с интерметаллидным упрочнением аустенитного класса, никелевые окалиностойкие сплавы, никелевые жаропрочные стали с интерметаллидным упрочнением, кобальтовые жаропрочные сплавы, литейные жаропрочные стали и сплавы.

Жаропрочные стали аустенитного класса с интерметаллидным упрочнением (Х10Н20Т2, Х12Н20ТЗР, ОХ14Н28В3ТЮР, ХН35ВТЮ, ХН35ВМТ, Х15Н30ВМТ и др.) применяются для изготовления деталей газотурбинных двигателей. Эти стали изготавливаются на железной основе. Предел прочности достигает ов = 135 кгс/мм2, ударная вязкость ak = 12 кгс*м/см2, рабочая температура ~750°С. Основной упрочняющей фазой в хромоникелевых сталях является ин-терметаллидная фаза y'.

К жаропрочным сплавам на никелевой основе относятся: Х77ТЮ, ХН70ВМТЮ, ХН80ТБЮ, содержащие Ti+Al и упрочняющиеся за счет образования интерметаллидной у' фазы [Ni3(TiAl)], и сплавы типа ХН75ВМФЮ, ХН62ВМКЮ, ХН70МВТЮБ, ХН55ВМТЮ и др., содержащие только Al и упрочняющиеся за счет образования фаз Ni3Al. Кроме того, известны зарубежные сплавы аналогичного класса: нимоник 80, инконель X, инко 500, удимет 500, рене 41 и т. д. Эти сплавы имеют предел прочности до 130 кгс/мм2, ударную вязкость до 15 кгс*м/см2 и рабочую температуру до 950°С; применяются для изготовления рабочих лопаток и других деталей газовых турбин.

Аналогичное применение имеют литейные жаропрочные стали и сплавы на никелевой основе типа ЖС6К, ВЖЛ8, Л114 и др., сохраняющие свои прочностные характеристики при нагреве до 1100°С, ударная вязкость этих материалов до 7 кгс*м/см2. В зависимости от легирования и термообработки в литейных сплавах образуются боридные и карбидные фазы, например (MoW)nCrmBr или МеnМе''mС, где Me'n — Ni, Co, Fe, Si, а Меm'' — W, Mo, Nb, Cr.

Практически все вышеприведенные жаропрочные стали и сплавы имеют высокую дисперсность структуры, что препятствует развитию процессов скольжения и обусловливает увеличение энергетических затрат на их деформацию. Низкая теплопроводность способствует концентрации тепла близ контактных поверхностей, препятствует отводу тепла в обрабатываемую деталь, а также при больших толщинах среза распространению образующегося тепла вдоль всей зоны стружкообразования, что вызывает увеличение сил резания, ухудшает обрабатываемость и, как следствие, повышает затраты на обработку и увеличивает расход резцов (рис. 33).

При точении этих сталей и сплавов резцами из быстрорежущих сталей скорость резания с погрешностью до 25% (при стойкости T = 20 мин) можно определять по формуле

где X — коэффициент теплопроводности;

sВ — действительный предел прочности.

Значения коэффициента теплопроводности Л[Вт/(м°С)] для различных материалов при температуре испытаний 20° С (800° С);

Скорость резания при точении жаропрочных сталей и сплавов твердостью HB 130—300 кгс/мм2 на ферритной и аустенитной основе резцом из сплава ВК8 с погрешностью до 35% можно рассчитать по формуле

где с — постоянная (для сталей и сплавов с интерметаллидным упрочнением ее величина на 30% меньше).

При точении титановых сплавов скорость можно определить по формулам

Для конструкционных сталей эта зависимость имеет вид

Скорости резания могут быть приближенно определены и по химическому составу:

- для сталей па ферритной основе с содержанием, %: до 1,2 С; 1Si; 0,8Mn; 12Cr; 3Ni; 4W; 0,6V и 0,7Мо

где e...ek — процентное содержание легирующих элементов, кроме углерода. Для углерода берется расчетный процент Cр (при С<0,5% Cр = C, при С>0,5% Cр=0,5); je...jeK — интенсивность влияния легирующих элементов на скорость резания: icp = 3; jS = 0,4; jCr = 0,1; jW = 0,1; jV = 0,1; jMo = 0; jNi = 0; для сталей и сплавов, имеющих аустенитную и хромоникелевую основы, при содержании, %: 13—25 Cr; 7—80Ni; до 0,5С; 2Si; 9Мn; 5W; 2V; 7Мо; 2Nb; 2,5Ti; 2А1; 20Со

где Э...Эк — процентное содержание легирующих элементов, кроме титана, вместо которого берется содержание свободного не связанного с углеродом титана, Tiсв = Ti—5C;

iэ...iк — интенсивность влияния соответствующих легирующих элементов на скорость резания: iC = 1,5; iAl = 1,2; iTiсв = 0,6; iSi = 0,2; iMo = 0,06; iСo = 0,035; iMn = 0,03; iCr = 0,02; iW = 0,015; iNi = iNb = iV = 0.

При фрезеровании торцовыми быстрорежущими фрезами сталей и сплавов на ферритной, аустенитной и хромоникелевой основах скорость резания с погрешностью до 30% можно определять по зависимости

где с — постоянная величина;

Л — коэффициент теплопроводности;

sb — действительный предел прочности.

Для улучшения обрабатываемости металлов за счет снижения действительного предела прочности при предварительном точении и фрезеровании применяется разупрочняющая термическая обработка. Низкоуглеродистые стали (до 0,3% С) рекомендуется подвергать нормализации. Для получения удовлетворительной обрабатываемости сталей со средним содержанием углерода (0,35—0,55%) применяется отжиг, что позволяет получить структуру зернистого перлита. Высокоуглеродистые стали, предназначенные для черновой обработки, должны подвергаться сфероидизирующему отжигу и иметь структуру зернистого перлита.

Для инструментальных сталей целесообразно применять графитизирующий отжиг, при этом обрабатываемость улучшается не только за счет снижения твердости, но и за счет смазывающего действия графита.

Положительную роль в улучшении обрабатываемости играет применение смазочно-охлаждающих средств.

Кроме того, известно, что введение в сталь таких элементов, как сера, селен, теллур, свинец и др., позволяет повысить скорость резания на 15—25%, снизить усилия резания на 15—25%, улучшить качество поверхности и получить легко ломающуюся стружку.

Одним из наиболее перспективных методов улучшения обрабатываемости является предварительный подогрев металла перед обработкой резанием.

Улучшение обрабатываемости при резании с нагревом объясняется изменением физико-механических свойств обрабатываемого материала с увеличением температуры (рис. 34). В этих условиях наибольшее значение приобретает отношение контактных твердостей инструментального H1 и обрабатываемого H2 материалов. При постоянной стойкости уравнение обрабатываемости можно записать в виде
Обрабатываемость сталей и сплавов

На рис. 35 приведена зависимость отношения твердостей H1/H2 от температуры для различных материалов.

Однако при равных остальных условиях отношение H1/H2 определяется в основном свойствами инструментального и обрабатываемого материалов, контактной температурой и скоростью деформации. Изменение сопротивления деформированию описывается дифференциальным уравнением

где а — сопротивление деформированию;

T — температура;

е — степень деформации

е' — скорость деформаций.

С увеличением скорости деформации временная прочность материалов возрастает (см. рис. 34).

Температура в контакте зависит от условий обработки: переднего угла у (рис. 36), скорости резания v (рис. 37) и других факторов. Так как определение параметров e и e' производится в условиях, значительно отличающихся от реально существующих в процессе резания, то в этом случае целесообразно пользоваться модифицированной температурой Tм, которая определяется по формуле

где Tк — температура в контакте;

К и е'0 — постоянные.

Постоянная е0 определяется при скорости деформации 10в-3 с-1. В практических условиях для определения расчетных значений сопротивления деформации о (кгс/мм2) можно рекомендовать следующее выражение:

где оо.д — предел текучести при статической деформации;

Kt, Kv, Ke — соответственно температурный, скоростной и степенной коэффициенты. Значения коэффициентов Kt, Кv и Ke для стали 12Х18Н10Т приведены на рис. 38.


Температура предварительного подогрева, соответствующая оптимальному снижению прочности обрабатываемого материала, изменяется от 850 до 1200° С. В этих условиях существенно изменяется характер износа инструмента. Кривая 4 (рис. 39), характеризующая суммарный износ инструмента, показывает резкое увеличение износа с увеличением температуры. Это объясняется превалирующим влиянием диффузионного и химического износов. Температурные зоны адгезионного, диффузионного и химического износов приведены на рис. 40. Сказанное выше справедливо при непрерывном контакте инструмента и заготовки, так как в этом случае как заготовка, так и инструмент в зоне контакта нагреты до температур, при которых интенсифицируются диффузионные и химические процессы. Таким образом Для эффективного использования предварительного нагрева можно наметить два пути. Первый — это прерывистое резание на высоких скоростях и при малых толщинах среза, например термофрезерование, когда время контакта зуба фрезы с нагретым металлом небольшое по сравнению с «отдыхом», что достигается применением фрез большого диаметра (до 2000 мм) при ширине фрезерования до 400 мм.

Второй путь — это использование предварительного нагрева.

Обработка поверхности пневмомолотками имеет место при выборочной зачистке проката на адъюстажах металлургических предприятий.

Для обработки мягких сталей (сталь 10, 40Х, 20ХН и др.) рекомендуется ширина зубила до 20 мм, угол заточки зубила 45—55°; для сталей типа 40ХН, 30ХГСА, 30ХСТ, ШХ15, 38X2MЮA и др. ширина зубила до 25 мм, угол заточки 55—65°.

Вырубка дефектов ведется после врезания под углом 50—70° при наклоне зубила на 25—45°

Из технологических требований при вырубке дефектов необходимо обеспечивать ширину вырубки не менее шестикратной ее глубины, при этом обработанная поверхность не должна иметь острых гребней, углублений и резких переходов.


Имя:*
E-Mail:
Комментарий: