Криогенная обработка (обработка глубоким холодом)

Из физических методов обработки инструментов, применяемых для повышения их режущей способности, наибольший интерес представляет криогенная обработка, т. е. выдержка режущего инструмента при отрицательных температурах, в частности в жидком азоте, температура кипения которого -195,8 °С.

В технической литературе имеют место противоречивые мнения по поводу ее влияния на повышение режущей способности инструмента, однако исследования целого ряда ученых подтверждают целесообразность применения криогенной обработки для повышения стойкости режущих инструментов, оснащенных различными инструментальными материалами.

Криогенная обработка закаленной быстрорежущей стали, сущность которой заключается в возможно большем переводе остаточного аустенита в мартенсит была предложена еще профессором А.П. Гуляевым. Фундаментальное исследование обработки стали холодом было проведено П.П. Петросяном, который показал целесообразность применения криогенной обработки для повышения стойкости режущего инструмента. В результате проведения криогенной обработки твердость закаленной стали возрастает на 0,5— 2 HRC.

В 1975 г. Е.С. Жмудь получила авторское свидетельство на повышение стойкости РИ при обработке их жидким азотом. Научные исследования не только подтвердили возможность повышения режущей способности целого ряда режущих инструментов из быстрорежущих сталей, но и показали возможность применения криогенной обработки для повышения стойкости пластин ВК8, Т15К6, КНТ16, ТН20.

В результате криогенной обработки повышаются механические характеристики инструментальных материалов. Для проверки были проведены исследования по изучению влияния обработки холодом на термоЭДС пары: инструментальный материал (Р6М5, Т15К6, ВК8) — платина, которая является наиболее удобной и важной величиной с точки зрения информативности о влиянии криогенной обработки. Как показали испытания, термоЭДС после криогенной обработки существенно уменьшалась.

Исследование дефектности структуры инструментальных материалов позволило оценить порядок плотности дислокаций и их износостойкости после криогенной обработки и констатировать, что изменение этого порядка свидетельствует о повышении плотности структуры и прочности твердых сплавов, что оказывает влияние на снижение интенсивности изнашивания. Металлографические исследования показали, что после криогенной обработки структура твердых сплавов становится более мелкой и соответственно более плотной.

Сравнительные стойкостные испытания, проведенные резцами с механическим креплением пластин твердых сплавов и инструментальных сталей при обработке различных материалов, представлены в таблице.

Результаты испытаний резцов (h3 = 0,8 мм)

Материалы U, м/мин S, мм/об t, мм Т, мин Е, мВ К
резца заготовки 1 2 1 2
PI8 ВТ5 13. 0,25 0,25 20 31.2 6,12 5,9 1,56
Р18 Х18Н10 24 0,29 0,25 14,6 27,7 4,88 4,16 1,9
У10А Сталь 40Х 16,5 0,21 0,3 17,8 37,2 0,51 0,12 2,08
ВК8 Сч20 117,5 0,39 1 11,03 16,3 10,14 8,82 1,48
Т15К6 ВТ5 72 0,134 0,5 13,3 21,3 11,28 10,5 1.6
Р6М5 Сталь 40Х 54,5 0,11 0,25 3.96 14,06 2,36 1,96 3,8

Примечание. 1 — до криогенной обработки; 2 — после криогенной обработки; К— коэффициент повышения стойкости.

Стойкостные испытания сверл из стали Р6М5 при сверлении отверстий в стали 45 и Х18Н10Т показали, что их средняя стойкость после обработки холодом повысилась в три раза, а сверл, оснащенных пластинками сплава ВК8 при обработке сталей 40X13 и 14Х17Н2, — в 2,5 раза.

Целесообразность криогенной обработки подтвердилась также при стойкостных испытаниях метчиков из стали Р6М5 и пил для отрезных станков (ножовочных полотен из Р9 и Р6М5 и ленточных пил из В2Ф). Средняя стойкость метчиков возрасла в 2,8 раза, а пил — в 1,6—1,8 раза.

Дополнительные исследования показали, что после криогенной обработки уменьшаются коэффициент трения и силы резания, а также снижается шероховатость обработанной поверхности.

На основании изложенного ниже представлены выводы, которые рекомендуются для промышленного использования.

  1. Наиболее рациональной криогенной средой для повышения физико-механических и режущих свойств инструментальных материалов является жидкий азот.
  2. Практически на всех режущих инструментах, изготовленных как из инструментальных сталей, так и оснащенных твердыми сплавами, в результате криогенной обработки можно получить повышение стойкости от 1,5 до 3 раз.