CC BY
29
УДК 621.9.02
ЛИТЫЕ ТВЁРДЫЕ СПЛАВЫ И ИХ ПРИМЕНЕНИЕ В ДЕРЕВООБРАБОТКЕ
CAST CARBIDE ALLOY AND THEIR APPLIKICATIONIN WOODWORKING
Камынин В.В., Дмитриева Н.В., Лазутина И.В.
(Брянский государственный инженерно- технологический университет, г.
Брянск, РФ) Kamynin V.V., Dmitrieva N.V., Lazutina I.V.
(Bryansk State Technological University of Engineerig, Bryansk, Russia)
Разработаны литые твёрдые сплавы на основе комплексно-легированных белых чугунов; показана возможность их использования для изготовления режущих элементов деревообрабатывающего инструмента.
Cast carbide alloys are developed based on complex alloyed cast white iron; possibility of their use for producing cutting elements of woodworking instrument is shown.
Ключевые слова: сплав, белый чугун, твёрдость, износостойкость, деревообрабатывающий инструмент
Key words: alloy, white iron, hardness, sharpness, instrument is shown
На основе высокоуглеродистых (заэвтектических) комплексно-легированных белых чугунов разработаны литые твердые сплавы в качестве сравнительно дешевого заменителя дорогостоящих металлокерамических вольфрамосодержащих твердых сплавов и износостойких наплавочных материалов типа стеллитов [1, 4]. В этих сплавах основной легирующий комплекс состоит из хрома, ванадия и марганца. Он обеспечивает возможность формирования композиционной структуры с большим количеством (около 30 %) специальных карбидов (типа МС и М7С3) и самозакаливающейся матрицей. С целью повышения прокаливаемости и механических свойств сплавы дополнительно легированы небольшими количествами меди и молибдена. Для обеспечения измельченной литой структуры жидкие сплавы подвергают микролегированию и модифицированию.
Разработанные сплавы отличаются высокой твердостью (64 ... 70 HRC) и абразивной износостойкостью. Эти свойства могут быть обеспечены как непосредственно в литом состоянии (самозакаливающиеся сплавы), так и после термической обработки литых заготовок (термообрабатываемые сплавы). Изделия из сплавов по обоим вариантам получали точными методами литья (по выплавляемым и газифицируемым моделям, в оболочковые и металлические формы) и подвергали только одному виду механической обработки - шлифованию. Изделия из самозакаливающихся сплавов подвергали отпуску для снятия напряжений, изделия из термообрабатываемых сплавов - «мягкой» закалке (в масле или на воздухе) и низкотемпературному отпуску. При рациональном химическом составе может быть обеспечена очень высокая твердость изделий (67 ... 70 HRC), что соответствует твердости сплавов ВК15 -ВК20.
Цель работы - установить возможность и целесообразность использования разработанных литых твердых сплавов для изготовления режущих элементов деревообрабатывающего инструмента.
Испытания на изнашивание проводили трением по абразивной ленте (корундовая шкурка зернистостью 40 по ГОСТ 5009-82) при скорости её движения 6 м/мин и удельной нагрузке 3 МПа. Экспериментально определяли износ образцов из различных сплавов (стали, металлокерамические твердые сплавы и разрабатываемые литые сплавы), а затем рассчитывали коэффициенты относительной износостойкости, используя в качестве эталона сравнения сталь 45 с твердостью 200 НВ.
Результаты исследования абразивной износостойкости сплавов приведены на рисунке 1 экспериментальными точками и полиномиальной зависимостью второй степени, полученной при статистической обработке экспериментальных данных:
Кизн = 85,5 - 3,2Н + 0,031 Н2, Я2 = 0,959,
где Н - твердость в ед. ИКС, Я2 - корреляционное соотношение.
14 Е 12 н г ¡1 10 И ± 5 8 о в «5 в 4 < ■
1
I 1
г— гш -1 X ;-
50 52 54 58 58 80 82 84 М 88 70
Твердость НЛС
Рисунок 1 - Зависимость коэффициента износостойкости от твёрдости литых твёрдых сплавов
Проведенные исследования показывают, что абразивная износостойкость хорошо коррелирует с твердостью сплавов, хотя имеются и существенные отклонения, характерные для термообработанных сталей с высокой твёрдостью. Видно, что при твердости сплавов 67 ... 70 ИКС износостойкость остается примерно на одном наиболее высоком уровне , что характерно как для литых твердых сплавов, так и для металлокерамического сплава ВК20. Износостойкость термообработанных сталей существенно ниже, чем у исследуемых сплавов, при одинаковой с ними твердости (для сталей точки расположены значительно ниже графика - обозначены крестиками на рисунке 1).
Сопоставление износостойкости различных видов сплавов приведено на рисунке 2 в виде гистограммы. Оба рисунка дают представление о сравнительной износостойкости сталей и сплавов. К наиболее износостойким можно отнести металлокерамические и литые сплавы.
Рисунок 2 - Сопоставление износостойкости исследуемых и сравниваемых сплавов (цифры по горизонтальной оси: 1 - сплав ВК20 (твёрдость 1100 НУ); 2 и 3 - литой твёрдый сплав (твёрдость 67...70 НЯС и 64...65 НЯС); 4 -белый чугун ИЧ290Х12М (62 НЯС); 5 - белый чугун «нихард» (50 НЯС); 6 -сталь ШХ15 (62 НЯС); 7 - сталь 45 (200 НВ)
Испытания литых твердых сплавов проведены на различных изделиях. Для деревообрабатывающего инструмента (сборные фрезы) отливали режущие элементы (ножи). Заготовки подвергали низкотемпературному отпуску (180 ... 200 °С, 40 мин), шлифовали до размеров 30 х 30 х 4 мм и затачивали режущее лезвие. Твердость ножей составляла 64 ... 66 НЯС.
Фрезы с режущими ножами из литого твердого сплава испытывали в лаборатории кафедры транспортно-технологических машин и сервиса БГИТУ на заготовках из дуба (размер заготовок 1200 х 120 х 30 мм, влажность древесины 10 ... 12 %). Продолжительность испытаний 8 ч при следующих режимах обработки: скорость резания 39,25 м/с, толщина срезаемого слоя 1 мм. В тех же условиях для сопоставления испытывали аналогичные фрезы с ножами из быстро-режущей стали Р6М5 и твердого сплава ВК15. После 8 ч работы износ ножей из литого твердого сплава составил 16 ... 19 мкм; из стали Р6М5 - 35 ... 36 мкм; из твердого сплава ВК15-8 ... 9 мкм.
Видно, что по износостойкости литой твердый сплав примерно в 2 раза превосходит сталь Р6М5 (63 ... 64 НЯС), но уступает сплаву ВК15. Учитывая, что литой твердый сплав не только намного дешевле сплава ВК15, но и почти в 1,5 раза дешевле быстрорежущей стали, целесообразно его использовать для изготовления режущих элементов деревообрабатывающего инструмента.
Кроме этого, литые твердые сплавы могут быть использованы и в качестве износостойкого наплавочного материала [2, 3] в виде литых прутков, гранулированных порошков, а также механических смесей порошкообразных компонентов в виде проволоки и лент. Наплавку можно производить различными способами: газопламенным, плазменным, электрошлаковым. Проведенные исследования показали хорошее сцепление наплавленного слоя с основным металлом и малую его склонность к образованию горячих и холодных трещин. По износостойкости наплавленный металл не уступает литым
изделиям при идентичности их химического состава. Это было подтверждено, в частности, при испытаниях режущих элементов в условиях механической обработки металлов (углеродистые и легированные стали) и древесины.
Список использованных источников
1. Сильман, Г.И. Литые твердые сплавы на основе комплексно-легированных белых чугунов [Текст] / Г.И. Сильман, Н.В. Дмитриева; БГИТА. Брянск, 2000. 20 с. Деп. в ВИНИТИ 27.07.00, № 1728-В00.
2. Сильман, Г.И. Перспективы использования литых твердых сплавов [Текст] / Г.И. Сильман, Н.В. Дмитриева // Материаловедение и производство: меж-вуз. сб. науч. тр.; вып. 2; под ред. Г. И. Сильмана. Брянск: Изд-во БГИТА, 2001. С. 241-245.
3. Сильман, Г.И. Чугуны-композиты и их поведение в условиях трения и износа [Текст] / Г.И. Сильман, С.С. Грядунов // Теория и практика технологий производства изделий из композиционных металлических сплавов. 21-й век: материалы междунар. конф. М., 2001. С.196-202.
4. Сильман, Г.И. Экспериментальное исследование и применение литых твердых сплавов [Текст] / Г.И. Сильман, Н.В. Дмитриева // Качество машин: сб. тр. 4-й Междунар. научно-техн. конф. Т.1. Брянск, 2001. С.78-80.
