Применение титанотанталовых твердых сплавов при точении труднообрабатываемых сталей

В отечественной промышленности при то­карной обработке высоколегированных сталей и других труднообрабатываемых материалов чаще всего применяются или твердосплавные пластины с износостойкими покрытиями (замет­но увеличивающими стоимость пластин), или традиционный инструмент из ВК8.

Однако ра­ботоспособность вольфрамокобальтовых рез­цов является неудовлетворительной, а ис­пользование сплавов с покрытиями часто не окупается. При этом имеются свидетельства того, что при обработке высоколегированных сталей из-за неустойчивости стружкообразования и, соответственно, переменного характера силовых и тепловых нагрузок на площадке из­носа происходит быстрое в первые минуты резания отслаивание покрытия. После этого контактирует с обрабатываемым материалом и изнашивается твердосплавная основа режу­щей пластины.

Таким образом, покрытие несущественно влияет на стойкость инструмента. Поэтому задача подбора более эффективных инструментальных материалов (без покрытия) является актуальной.
Лабораторными исследованиями было установлено, что при точении аустенитной стали 12Х18Н10Т вольфрамокобальтовые твердые сплавы являются наилучшими только для небольших, не выше 45 м/мин, скоростей реза-ния v. При повышении v оптимальным оказался титанотанталовый твердый сплав ТТ20К9, а резцы из широко распространенного сплава Т15К6, несмотря на низкую интенсивность изнашивания, в широком диапазоне скоростей показали неудовлетворительную работоспособность из-за сколов и выкрашивания режущей кромки. Было сделано предположение об эффективности твердых сплавов всей группы ТТК при обработке высоколегированных сталей.
Настоящая работа ставила целью сравнить режущие свойства различных марок титано-танталовых твердых сплавов ТТ8К6, ТТ20К9 и ТТ10К8Б при точении труднообрабатываемых сталей как в лабораторных, так и в производ-ственных условиях.

Результаты лабораторных стойкостных испытаний

Лабораторные стойкостные испытания про­водились при точении высоколегированной аустенитной стали 12Х18Н10Т по известной ускоренной методике — путем экстраполяции износа в область больших наработок (Башков В. М., Кацев П. Г.). Основная геометрия резцов: у = 0 град., а = 10 град, с_р = 45 град., ф₁ = 25 град, r = 0,6 мм. Использовалась форсированная ско­рость резания v = 150 м/мин при подаче S = 0,2 мм/об и глубине t = 1,0 мм.

Полученные при этих условиях зависимости ширины площадки износа на задней поверх­ности h₃ от длины пути резания L для сравни­ваемых твердых сплавов имели примерно оди­наковый участок приработки (до h₃ ~ 0,06 мм) с дальнейшим переходом к прямолинейному участку изнашивания. Испытания велись до износа h₃ = 0,15 мм, а интенсивность изна­шивания определялась как отношение при­ращений ширины площадки износа к длине пути резания на прямолинейном участке: J_h = Δh/ΔL.

Помимо J_h режущие свойства твердых спла­вов оценивались по интенсивности лункообразования Jл = h_л/L и деформации режущего клина J_oп = h_oп/L (глубина лунки h_л и опускание режущей кромки h_оп определялись по профи­лограммам передней поверхности).

В табл. 1 представлены результаты испыта­ний. Здесь же приведены значения прочности на изгиб о_и для сравниваемых марок твердых сплавов, в первом приближении определяющей эксплуатационную надежность в условиях удар­ных нагрузок (для ВК8 а_и = 1600 МПа).

Как видно из табл. 1, марки ТТ8К6 и ТТ20К9 превосходят ТТ10К8Б по показателям износо­стойкости и пластической прочности. Однако существенно большее значение о_и у ТТ10К8Б предполагает большую устойчивость к хрупким разрушениям. Анализ данных табл. 1 позволя­ет прогнозировать возможность эффективного применения твердого сплава ТТ10К8Б при чер­новом, а ТТ8К6 — при чистовом точении. Марка ТТ20К9 может быть рекомендована для чисто­вых и получистовых операций. Отметим, что для ВК8 величины J_h, J_n и J_on в этих же условиях на порядок больше.

Результаты лабораторных испытаний прове­рялись в производственных условиях — на ряде машиностроительных и авиастроительных пред­приятий. При обработке серийных деталей рез­цы, оснащенные рекомендуемыми инструмен­тальными материалами ТТ8К6, ТТ20К9 и ТТ10К8Б, сравнивались с используемым на предприятиях инструментом из ВК8.

Ранее была установлена эффективность тита­нотанталовых резцов (по сравнению с ВК8) при точении высокопрочной мартенситной стали ЭИ 961 (13Х11Н2В2МФ). Поэтому производственные испытания проводились не только при точении вязких высоколегированных сталей (аустенитных сталей 12Х18Н9Т, 12Х18Н10Т и аустенито-мартенситных сталей 07Х16Н6, ЭП 678, ВИЛ-3 в неупрочненном состоянии), но и для ряда высоколегированных сталей после упрочняющей термообработки (мартенситные и аустенито- мартенситные стали ЭИ 961, 14Х17Н2, 07Х16Н6, ЭП 310, ЭП 678, ВНЛ-3).

Результаты производственных испытаний для этих двух групп обрабатываемых материа­лов даны в табл. 2 раздельно.

Результаты производственных испытаний титанотанталовых резцов при точении труднообрабатываемых высоколегированных сталей

Примечание: K_t = Г_машВК8/Г_машТТК — относительное снижение машинного времени Г_маш при внедрении титанотанталовых резцов; K_N = N_ттк/N_ВК8 — относительное увеличение числа обработанных до затупления деталей N при внедрении титанотанталовых резцов.

Из табл. 2 видно,  что использование титано­танталовых резцов вместо инструмента из ВК8 приводит к сокращению машинного времени (К_t) в 1,3 — 2,0 раза при одновременном увеличе­нии числа обработанных до затупления инстру­мента деталей (K_N), т. е. стойкости, в 1,8 — 3,3 раза. Твердый сплав ТТ10К8Б показал лучшие резуль­таты на черновых операциях, а ТТ8К6 — на чисто­вых. Резцы из ТТ20К9 оказались универсальны­ми: показав лучшие результаты на чистовых и получистовых операциях, они и при черновой обработке превосходили ВК8. Лишь при грубой черновой обработке с ударом, литейной кор­кой или значительной неравномерностью при­пуска самый прочный из сплавов группы ТТК- ТТ10К8Б из-за хрупких разрушений уступал ин­струменту из ВК8.

Данные табл. 2 фиксируют большее увеличе­ние K_N при обработке высокопрочных сталей, чем для вязких материалов, вследствие боль­шей пластической прочности твердых сплавов группы ТТК. С ухудшением обрабатываемости сталей наблюдалось увеличение эффекта от использования титанотанталового инструмен­та. Так, при получистовом точении деталей из высокопрочной сложнолегированной аустени- то-мартенситной стали ВНЛ-3 повышение стой­кости (КN) при замене ВК8 на ТТ20К9 достигало 4 — 6 раз. Кроме того, эффективность нового инструмента увеличивается при переходе от черновых операций к получистовым и чисто­вым. Это объясняется устранением хрупких раз­рушений резцов, а также выходом на оптималь­ный для сплавов группы ТТК уровень скоростей резания.

В технической литературе отечественные титанотанталовые твердые сплавы по классифика­ции Международной организации стандартов (ISO) включены в группу применимости М — ин­струменты для резания труднообрабатываемых сталей. При этом сплав ТТ8К6 относят к подгруп­пам М05 — М15 (т. е. к инструментам для чистовой обработки), что представленные в статье ре­зультаты полностью подтверждают.

В то же время твердый сплав ТТ10К8Б в из­вестных рекомендациях включен в подгруппу М10 (чистовая обработка) или в М15 — М30  (получистовая обработка), а ТТ20К9 — также в М15-гМЗО или в М20 — М40  (получистовые и черновые операции). При этом в качестве основ­ной подгруппы указываются: для ТТ10К8Б — М20, а для ТТ20К9 — М25 (т. е. «более черновая» подгруппа). Это нашим данным противоречит.

Стандарт ISO S13 рекомендует следующие об­ласти применения: ТТ8К6 — М10 и К10, ТТ10К8Б — М20 и Р30. Сплав ТТ20К9, имеющий, по нашим данным, наиболее широкую область примене­ния (см. табл. 2), вообще не рекомендуется для резания труднообрабатываемых сталей и отнесен к «низколегированной» подгруппе Р25.

Проведенные испытания, как лабораторные, так и производственные, показали следующее. Подтверждена основная подгруппа примене­ния твердого сплава ТТ8К6 — М10. Сплав ТТ10К8Б следует относить к подгруппе М30, а ТТ20К9 универсален и имеет при точении труднообрабатываемых сталей широкий диапазон применения — М10 -М30.

Вам также могут быть интересны статьи:

Криогенная обработка (обработка глубоким холодом) Получение и применение композиционных материалов с металлической матрицей Термическая обработка алюминиевых сплавов Характеристика фрикционного износа сплавов Способы сверхбыстрой закалки сплавов Материалы для трущихся деталей часть 2: бронзы, баббиты. Влияние термообработки на степень упрочнения сплавов

(2 оценок, среднее: 3,00 из 5)

Загрузка...