CC BY
23связь данного метода с получением мелкозернистой структуры. Способы подготовки порошка (карботермический и реакционно-спеченный) и его свойства определяют размер зерна карбидной фазы и технологические свойства композиционного материала. Использование реакционноспечен-ного порошка карбида титана при спекании прямым пропусканием тока композиционного материала TiC-NiTi обеспечивает повышение механических свойств композиционного материала, у которого твердость и прочность на изгиб соответственно составляют 91 HRA и 1100 МПа. Определен интервал режимов спекания прямым пропусканием тока, обеспечивающий оптимальные уровни прочности и твердости. Полученные результаты при спекании композиционного материала TiC-NiTi электрическим током показывают перспективность этого направления порошковой металлургии.
Литература
1. Манохин А.И., Митин Б.С., Васильев В.А. и др. Аморфные металлы. - М.: Металлургия, 1984. -160 с.
2. Райченко А.И. Основы процесса спекания порошков пропусканием электрического тока. М.: Металлургия, 1987. - 238 с.
3. Либенсон Г.А. Основы порошковой металлургии. -М.: Металлургия, 1975. - 200 с.
4. Бурков П.В. Рентгенографические исследования структурных изменений твердых сплавов TiC-NiTi на разных стадиях технологического процееза // Известия Томского политехнического университета. - 2004. - Т.307. - №1. - С. 113-118.
5. Kwon V.S., Dudina D.V., Korchagin М.А., Lomovsky О J Solid-state synthesis of titanium diboride in copper matrix // J. Metastable and Nanocrystaline Materials. - 2003. - V. 16. -№ 5. - P. 253-260.
6. Lyakhov N.Z., Panin V.E., Dudina D.V., Korchagin M.A., Lomovsky O.J., Grinyaev Yu.V., Durakov V.G., Panin S.V., Pochivalov Yu.l. Design of structural materials based on powder nanocomposites. Part I // Phys. Mesomech. 2003. V.6. №2. P.56-63.
7. Мышкин H.K., Мешков В.В. Упругие и пластические деформации на межчастичных контактах // Инженеро-фи-зический журнал. - 1980. - Т. 39. - №2. - С. 353-355.
8. Хольм Р. Электрические контакты. -М.: Иностранная литература, 1961. - 464 с.
Опыт применения новых ленточных припоев и рюсовых паст при изготовлении твердосплавного режущего инструмента
А. Н. ТАРАСОВ, с.н.с., канд. техн. наук, член-корр. Российской Академии космических исследований, С. Л. ШАЛАГИНОВ, член-корр. Российской Академии экономики. П. Р. ШЕВЧЕНКО, инженер, ОКБ "Факел", г. Калининград
Наиболее рациональным способом изготовления резцов для токарной обработки сталей и сплавов в машиностроении и других отраслях производства является пайка ТВЧ твердосплавных пластин ВК, ТК, ТТК вольфрамоко-бальтовых и титанокобальтовых групп к корпусам - державкам из конструкционных малолегированных сталей [1-2]. Б единичных производствах применяется нагрев для пайки пламенем ацетиленовых горелок, при этом в качестве припоев используют стружку латуней Л-62, Л-68, ЛМНМц 68-4-2 и порошки флюсов, содержащие буру, борную кислоту и фтористый кальций. Более технологичными для пайки стандартизованных резцов - проходных, расточных, отрезных, строгальных считаются таблетизирован-ные составы, содержащие припои П-100, П-102 на основе меди с добавками цинка, марганца, железа, хрома, никеля, а также флюс Ф-100 на основе буры, фторбората калия с добавками окиси кобальта и окиси вольфрама [3]. При этом удается получить паяные соединения твердосплавных пластин с корпусами-державками из сталей 45, 40Х, ЗЭХГСА с высокой прочностью [3-8].
Производство паяного тонколезвийного инструмента -спецрезцов и резцовых вставок для обработки прецизионных деталей в приборостроении и электронике эффективно при применении вакуумного нагрева с дополнительной подготовкой поверхностей для пайки твердосплавных и
двухслойных пластин из сверхтвердых <ерамик [4-5].
Вместе с тем в последнее время появились новые ленточные припои и флюсовые пасты, сыпучие паечные смеси "Аларм", рекомендуемые для пайки режущих инструментов при нагреве ТВЧ или открытым пламенем газовой горелки [6].
В ОКБ "Факел" совместно с фирмой "Дизель" проведены опыты и производственные испытания паяного режущего тонколезвийного сложнопрофильного инструмента для обработки прецизионных деталей ЭРД МТ (электрических реактивных двигателей малой тяги), ТИП (технологических источников плазмы) из магнитомягких сталей, тугоплавких материалов, керамик и легированных сталей, а также при восстановлении деталей двигателей внутреннего сгорания.
Для изготовления корпусов-державок специальных резцов с удлиненным нестандартным вылетом и малой толщиной режущей части, а также образцов для прочностных испытаний и металлографического анализа паяных соединений использовали прутки стали 38 ХА, 40 X, 4ХЗВМФА и 4Х5МФС теплостойкие, с низкой критической скоростью закалки по ОСТ 92-1137-86 С-Петербургского завода "Большевик".
Использоваги прутки горячекатаные и кованые диаметром до 26 мм, а в качестве режущих пластин для пайки по
№ 3 (28)2005
технологическим схемам были выбраны твердосплавные групп ВК, ТК. ТТК по ГОСТ 4872-75, ГОСТ 25395-82 различных типоразмеров, состава, зернистости исходных компонентов, изготовленные Московским заводом твердых
сплавов, Кировоградским ЗТС. В табл. 1 приведены основные дачные о размерах резцоЕ и свойствах твердых сплавов, примененных при проведении исследований с учетом данных [7-8].
Таблица 1
Типы резцов, размеры, марка корпусов - держаоок Марка, вид твердосплавных пластин Мехам свой оизг, МПа веские ства НРА Способ пайки
Расточные, 16x25x120 мм, 15x15x120 мм, вылет 60 мм, сталь 4ХЗВМФ, 40 X ВК-6 ОМ ВК-ЮХОМ 1310...1380 88...91 Пайка в открытые и полузакрытые пазы, нагрев ТВЧ в петлевых индукторах и открытой ацетиленовой горелкой. Припой, флюс, подготовка, табл. 2
Канавочные, прорезные 14x14x130, вылет 50 мм, сталь 4Х5МФС, 38 ХА Т5К10 Т15К6 1140...1520 87...90
Резьбовые, 16x25x110 мм, 16x16x100 мм, вылет 80 мм, сталь 4Х5МФС, 38 ХА ТТ7К12 Т5К10 1380...1230 90...91
Седельные, радиусные, 14x14x120 мм, вылет 75 мм, сечением 2-3x12 мм, сталь 4Х5МФС, 40 X ВК-8 Т15К6 1190...1440 88...90
При проведении работы для пайки при высокочастотном газоплазменном нагреве брали ленты припоя П-47, толщиной 0,3...0,6 мм, полученные жидкой прокаткой, флюс ПВ-209, пасту флюсовую ФК-250, а также смесь порошковую паяльную ПС-47 ЗАО "Аларм", г. Москва. Подготовку поверхностей пластин под пайку проводили традиционными способами, а также нестандартными собственной разработки. В одних случаях проводили обрабстку-галтовку пластин в абразивном бое заточных кругов, в порошке крупнозернистого карбида кремния, в других опытах осуществляли зачистку опоэных поверхностей кругами из синтетических алмазов или формировали на поверхности под пайку лазерные кратеры на установке "Квант-16". В табл. 2 приосдсны условия подготовки и режимы пайки специальных резцов для обработки деталей из прецизионных сплавов, сталей и чугунов. На рис. 1 и 2 показан эскиз подготовки поверхностей, структура ленточного припоя в исходном состоянии, полученного жидкой прокаткой латуни с добавками N . Мп, Ре, Эп.
Рис. 1. Схема подготовки резцов для пайки нанесением кратеров (3) на тверлосплавных пластинах (1) и лунок на
корпусах-державках (2) режущих инструментов (а - профильный прорезной резец, б - резьбовой резец, в - тангенциальный резец)
На всех этапах отработки технологических приемов пайки проводилась металлография паяных швов с вырезкой образцов на станках ЭФО и ЭХО, определялись усилия среза, отрыва и разрушения паяных швов, а также степень пропая по поверхностям после испытания на срез и изгиб в спецприспособлениях нагружением одной сосредоточенной нагрузкой на машинах Р-5, Р-10 пс методикам [8]. Измерение твердости подлине корпусов-державок проводилось на твердомерах ТК-2М и ТП-7Р-М, Виккерс.
№ 3 (28)2005
На рис. 3 показаны зоны термического влияния при высокочастотной пайке некоторых типов резцов, а также изменение твердости по длине корпусов державок из высокопрочной стали 4Х5МФС при ТВЧ пайке припоями флюсовыми пастами "Аларм".
Рис. 2. Микроструктура ленты пригоя П-47, 0,30 мм в исходном состоянии
Т5К10
Т15К6
НЯСэ 35
16x14
39
39
V \ 40
40
14x14
а б
Рис. 3. Зоны термического влияния на резцах из стали 4Х5МФС (а) л распределение чисел твердости при пайке ТВЧ твердэсплавных пластин на предварительно закаленные державки (б) при пайке припоем "Аларм", П-47 и флюсовой пастой ФПК-250
»
Таблица 2
Резцы, марки материалов Подготовка к пайке корпусов-державок и пластин Способ, режимы нагрева и охлаждения (припой П-47, лента 0,3 мм, флюсовая паста ФКП-250 "АлармяХ))
Расточные, проходные, канавочные, сталь 38ХА, 4Х5МФС, сплавы ВК-6 ОМ, ВК-ЮХОМ Пластины: струйно-абразивная обработка (CAO), обкатка-галтовка. Корпуса, фрезерная обработка, отожженное состояние НВ=248-250 Острофокусная ацетиленовая горелка, подогрев массивной части державки, прогрев пластины, пайка 1090...1100 °С, охл. песочная баня. ТВЧ установка ЛГЗ-67, одновитковый индуктор, 1060...1090 °С, охл. электрошкаф СНОЛ-3.3.3/3,5
Резьбовые, седельные, радиусные, сталь 4ХЗВМФ, 4Х5МФС, 40Х, твердые сплавы ВК-6, ВК-8, Т5К10, Т15К6 Зачистка опорной поверхности пластин алмазным кругом, лазерные кратера 0 0,4-0,5 мм. Закалка корпусов-державок HRC3=42-46 ТВЧ нагрев на установках ВЧИ-2-60-0,66, одно-и двухвитковые петлеобразные индукторы, прогрев державки и пластин в гнезде паечном, 1060...1100 °С, фиксация прижимом, охл. шкафы СНОЛ после выдержки 200 °С, 2 ч
х)- нанесение пасты на поверхности гнезда для пластины, на ленту припоя, на паяемую поверхность твердого сплава шпателем
Сравнительные испытания прочности паяного соединения при статическом срезе при комнатной температуре проводились по методике и схеме [8] с сопоставлением результатов, полученных при пайке высокочастотным нагревом таблетизированными припоями П-100, флюсами ПФ и новыми ленточными медно-никель-марганец-олово-цинк "Аларм" с флюсовыми пастами на основе борфтористых соединений щелочных металлов. В табл. 3 приведены результаты определения качества спаев и прочностные характеристики паяных соединений при проведении опытов.
На рис. 4 приведена микроструктура паяного соединения при высокочастотной пайке седельного резца ленточным припоем П-47 и флюсовой пастой ФКП-250. На рис. 5 показана поверхность спая в гнездах резцов после отрыва твердосплавных пластин паяных ацетиленовой горелкой с использованием паяной смеси "Алармет" и ПС-47 и внешний вид резцов после заточки перед испытанием резанием.
Металлографическим макро- и микроанализом качества паяных швов установлено, что стабильную однородноегь, равномерное заполнение зазоров, смачиваемость корпусов-державок и твердосплавных пластин при ТВЧ нагреве обеспечивают ленточные припои П-47, ПП-47 с флюсовой пастой ФКП-250. Наименьшую степень пропая имеет инст-румен- с пластинами групп ВК, ТК, ТТК, паяный при газопламенном нагреве ацетиленовыми горелками с применением паяльной смеси ПС-47, содержащей порошковый флюс и припой. Как следствие, прочность паяных соединений, выполненных паяльными смесями "Алармет-ПС-47" как при пайке открытым пламенем горелки, так и
Таблица 3
Способ и режимы нагрева инструмента^ Припой, флюс Степень пропая, вид спая Прочность при срезе, МПа
ТВЧ пайка N^=3-4 кЗт/см2, державка из 4Х5МФС и 40Х, пластина ВК6-ОМ, 1050 °С, выд. 5-6 с, охл. на воздухе Таблетки П-100/ПФ102 85...90 %, шов неравномерен по толщине 227...240
Лента П47, паста ФКП-250 95...98 %, растекание равномерное 265..270
ТВЧ пайка, N^=4-5 кВт/см2, державка из 4ХЗВМФ, НРСэ=44-45, пластины Т5К10, 1080°С, 4-5 с, охл. электрошкаф 200 °С Таблетки П-100/ПФ102 Несмачивание до 8 % по контуру 180... 190
Лента П47, паста ФКП-250 Единичные поры, пропай 95 % 215...220
х)- подготовка поверхности галтовкой в абразивном бое. скорость нагрева ТВЧ 50...90°С/с
№ 3 (28)2005
б
Рис. 4. Микроструктура паяного соединения сплав Т5К10 -закаленная сиаль 4Х5МФС при ТВЧ (а) пайке лен I ой П-47 и пастой ФКП-250 и при пайке ацетиленовой горелкой (б)
ОБРАБОТКА МЕТАЛЛОВ
ТЕХНОЛОГИЯ
Рис. 5. Степень пропая резьбового и расточного резцов при пайке открытым пламенем (а) и внешний вид рабэчей части резцов паяных ленточным припоем П-47 и флюсовой пастой ФКП-250 "Аларм" (б) после заточки
ленточными припоями и пастами "Аларм", имеют прочность при статическом срезе на 20...30 МПа выше, чем при пайке таблетизированными припоями ПФ-100 и флюсами ПФ-102. Это связано с особенностями составов припоев и компонентов флюсов активно взаимодействующих с пассивированными окисными слоями паяемых сталей и сплавов при равных условиях нагрева и охлаждения, что особенно важно при пайке резцов с мелкоразмерными твердосплавными пластинами и тонкими сечениями выле-
тов режущих частей корпусов-державок. В последнем случае существенно, в 1,5-2 раза, сокращается число случаев отрыва твердосплавных пластин от корпусов-державок при заточке, резании вязких прецизионных сталей и сплавов. Результаты производственных испытаний нескольких типов специальных резцов для обработки деталей приведены в табл. 4.
В процессе производственных испытаний было также установгено, что более качественные, высокопрочные спаи получаются при высокочастотной пайке лентами и фло-совыми пастами "Аларм" мелкоразмерных пластин 2x2x10 мм, 2,5x3x12 сплавов ВК-60М, Т5К10 при проведении точечной лазерной обработки поверхностей под пайку. При этом уменьшается число случаев смещения, сдвига, наклона пластин при фиксации прижимом на узких гнездах корпусов - держявок. Одновременно установлено, что лазерные лунки, кратеры на пластинах целесообразно наносить не острофокусным, а расфокусированным лучом С02-лазера "Квант-16". Полученные при этом радиусные лунки позволяют фоэмировать за счет оптимальных условий растекания жидкого припоя силами капиллярного смачивания и поверхностного натяжения более равномерный спай с полным наполнением лунок (рис. 5). В сравнении с острыми пиковыми кратерами на твердых сплавах при их частичном заполнении припоем прочность спая по радиусным лазерным лункам повышается на 40...50 МПа при равных условиях пайки и охлаждения резцов.
Столь же эффективной оказалась пайка ленточным припоем с флюсовой пастой более массивных стандартизованных проходных, расточных резцов, оснащаемых пластинами толщиной 5...8 мм с предварительной обработкой с нанесением лунок диаметром до 0,5 мм. Так при резании деталей дизельных двигателей - гильз, коленчатых валов при скоростях резания 150...200 м/мин практически исключался отрыв твердосплавных пластин и их преждевременное разрушение после нескольких десятков переточэк резцов.
Менее технологичным, но пэиемлемым для разовых работ в условиях ремонтных предприятий машиностроения, как показали опыты, являе~ся использование паяль-
Таблица 4
Вид резцов, пластина корпус Х) Тип станков, детали ХХ) Обрабатываемый материал Износо-стойкость ХХХ)
Радиусные, расточные резьбовые, корпуса из стали 4ХЗВМФ, пластины ВК-8, ВК-6 ИЖ-250-ИВТ, магнитопроводы, якоря, пальцы, кулачки Стали 16Х-ВИ, ав=420 МПА, 14Х17Н2, ав=800МПа 1,1-1,3
Канавочные, седельные, удлиненные, корпус из 4Х5МФС, НРСЭ=44-45, пластины ВК-оОМ, Т5К10 16Б16К каркасы, магнитопроводы, эксцентрики Стали 10880 ств=370 МПа, 95X18, ав =900 МПа 1.3-1,4
Проходные, прорезные, корпуса из стали 4Х5МФС, НВ=260, пластины ВК-оОМ, ВК-ЮХОМ 16Б16КА горловины, штоки заправочные, оси валики Стали 25X17Н2Б ов=980 МПа, 20X13, aR=1000 МПа 1,5-1,7
Резьбовые, расточные, отогнутые, корпуса 4Х5МФС, пластины Т15К6, Т5К10 16А42 корпуса, фланцы, горловины, втулки Сталь 15Х18Н12С4ТЮ ав=920 МПа 1,4-1,6
х) - ТВЧ пайка припои и режимы табл. 2. 3; хх) - геометрия и режимы резания в пределах рекомендаций [7]; ххх) - относительная износостойкость до разрушения или последней переточки в сравнении с паяными таблетизировгнными припоями П-100
16
№ 3 (28)2005
б
Рис. 6. Геометрия лазерных лунок-кратеров на твердосплаЕных пластинах из сплавов ВКб-Ом и Т5К10 (а) перед пайкой ТВЧ и характер формирования паяного соединения с формированием гунок при пайке припоем П-47 и пастой ФКП-250 (б)
ной смеси "АЛАРМет ПС-47" по ТУ 48-17228138/ОПС-Э18-2003. Тонкодисперсная сыпучая смесь порошков припоя и флюса трудно удерживается в гнездах при ТВЧ и газоплазменном нагреве, как следствие, снижается степень пропая и выхсд годного особенно при пайке резцов с корпусами малого сечения.
На основании полученных результатов исследования были определены основные технологические приемы и операции изготовления специальных паяных резцов с тонкими режущими кромками и стандартизованных для машиностроительных и ремонтных предприятий.
Основными операциями изготовления паяных твердосплавных резцов являются:
- изготовление корпусов-державок из сталей 38 ХА, 40Х, 4Х5МФС, 4ХЗВМФ с пазами и гнездами для пайки пластин, закалка и отпуск корпусов на твердость НРСэ=44-46 для державок размерами 14x14x100 и 14x16x120 мм, абразивно-струйная обработка корпусов-державок перед проведением ТВЧ пайки;
- подготовка твердосплавных пластин размерами 8x10x2 мм, 6x10x2,5 мм галтовкой в барабанах с абразивным боем крупнозернистых заточных кругов, а для пластин больших размеров нанесением лазерных лунок в один, два ряда или хаотично по опорной поверхности расфокусированным лучом на установках "Квант";
- нанесение шпателем тонкого слоя пасты ФКП-250 "Аларм" на поверхность пазов корпусов-державок и твердосплавных пластин под пайку, а также на поверхность долек ленточного припоя П-47, взятых по форме и размерам гнезд для пайки;
- пайка резцсв с нагревом на высокочастотных установках ТВЧ в одновитковых или двухвитковых индукторах при длительности нагрева со стороны массивной части державки 15...25 с до 1050...1060 °С, постепенным перемещением корпусов с пластиной в активную часть индуктора при периодическом включении и отключении ТВЧ установки. После расплавления и растекания припоя - фиксация пластин в пазах и гнездах прижатием вручную оснасткой, перемещение резцов на отпуск после затвердевания припоя и охлаждения корпуса до исчезновения цветов каления;
- отпуск инструмента с выдержкой в электрошкафах при 200...220 °С в течение 2-4 часов и охлаждением вместе со шкафом;
- контроль качества пайки визуальным осмотром на микроскопе МБС-9, а также осмотром паяного шва до и после заточки крупнозернистыми кругами,и после доводки геометрии режущей части кругами из синтетических алмазов. Прочность паяных соединений на образцах свидетелях проводится при отработке технологии пайки для каждого нового типоразмера резцов.
Таким образом, на основании полученных данных опытов было установлено, что наиболее эффективным способом пайки тонколезвийных резцов с высокопрочными корпусами-державками, оснащенными пластинами групп ВК и ТК, является пайка с нагревом ТВЧ ленточными припоями П-47 и пастами флюсовыми ФКП "Аларм". При этом в сравнении с таблетизированными припоями и паяльными смесями - порошками, таблетками [3, 8-9] достигаются более высокопрочные и качественные паяные соединения, позволяющие повысить время реальной эксплуатации режущего инструмента, улучшить чистоту обработки прецизионных деталей двигателей, спецтехники и приборостроенния.
Литература
1. Хряпин В. Е. Справочник паяльщика.- М: Машиностроение, 1981. - 348 с.
2.Справочни< по пайке./ Под ред. И.Е. Петрунина.-М.: Машиностроение, 1984. - 400 с.
3. Маркова V. Н., Певзнер Н. Б. Способы экономии при-nocD d паяльном производство // Сваэочное производство.- 2002.- № 1, с. 39-47.
4. Тарасов А Н., Шевченко П. Р. Резцы для обработки прецизионных сплавов // СТИН. - 2001 - № 7.- С. 35-37.
5. Пат РФ № 1555380. Способ изготовления паяного инструмента. М. К. И. С 21 Д9/22, БИ № 13, 1990/ (А. Н. Тарасов и др.)
6. ТУ 48-17223138ЮПП-018-2003, ТУ 48-17228138/ОПП-004-2001, Припои и флюсы для высокотемпературной пайки.
7. Гуревич Я. Л., Горохов М. В., Захаров В. И. и др. Режимы резания труднообрабатываемых материалов., Справочник. - М: Машиностроение, 1986, - 240 с.
8. ОСТ 92-4139-79. Пайка твердосплавного инструмента. Типовые технологические процессы, 35 с.
9. Иванов И. Н., Разработка и опыт применения паяльных паст в производстве инструмента // Повышение эффективности производства паяных конструкций.-М.: МДНТП, 1983,- С. 117-121.
№ 3 (28)2005 17
*
