СТОЙКОСТЬ ЦЕЛЬНЫХ ТОКАРНЫХ РЕЗЦОВ С БОРИДНЫМИ ПОКРЫТИЯМИ Текст научной статьи по специальности «Технологии материалов»

СТОЙКОСТЬ ЦЕЛЬНЫХ ТОКАРНЫХ РЕЗЦОВ С БОРИДНЫМИ ПОКРЫТИЯМИ

И.Б. Обунеев, Б.Д. Лыгденов, А.М. Гурьев

Химико-термическая обработка (ХТО) является одним из эффективных и широко применяемых в промышленности методов повышения надежности и долговечности ответственных деталей машин, инструмента и технологической оснастки.

В настоящее время химико-термическая обработка имеется на любом машиностроительном предприятии, тем не менее, можно однозначно утверждать, что она делает лишь свои первые шаги, а ее возможности практически не ограничены [1].

Широкое промышленное применение получили лишь традиционные процессы насыщения: азотирование, цементация, нитро-цементация, цианирование.

ХТО применяют в основном с целью поверхностного упрочнения металлов и сплавов (повышает твердость, износостойкость, усталостную и коррозионноусталостную прочность, сопротивление кавитации и т.д.).;

По сравнению с другими методами поверхностной обработки металлов (дробеструйный наклеп, накатка роликами, индукционная, газопламенная и электролитная закалка, лазерная обработка и т.д.) химико-термическая обработка имеет ряд существенных преимуществ:

1. Химико-термической обработке можно подвергать детали любых размеров и конфигураций. При других методах поверхностного упрочнения, например, при накатке роликами или закалке ТВЧ, размеры и особенно форма играют исключительно важную роль. Как правило, детали сложной конфигурации подвергать поверхностному упрочнению этими методами весьма сложно или вообще невозможно.

2. При химико-термической обработке достигается гораздо большее различие в свойствах сердцевины и поверхностных слоев, чем при других методах поверхностной обработки. Это обусловлено тем, что при механических и термических методах поверхностного упрочнения изменяется только строение (структура) поверхностных слоев, а при химико-термической обработке кроме того изменяются (причем весьма существенно) и их химический состав.

3. Основная опасность, реальная при всех термических методах поверхностного

упрочнения - перегрев поверхности, при химико-термической обработке или отсутствует, или может быть устранен последующей термообработкой.

В то же время химико-термической обработкой изделиям можно придать такой комплекс эксплуатационных свойств, достижения которого объемным легированием или невозможно (азотирование, борирование), или экономически невыгодно (хромирование, хромониобирование и т.д.).

Поэтому можно утверждать, что широкое промышленное внедрение, особенно новых высокоэффективных процессов химико-термической обработки является важной народнохозяйственной задачей.

Целью настоящей работы было изучение стойкости лезвийного инструмента из быстрорежущей стали Р6М5 за счет создания поверхностного боридного покрытия. Покрытия были получены при совмещении отпуска с низкотемпературным борированием после закалки.

Стойкостные испытания проводились на проходных прямых резцах, имеющих следующую геометрию режущей части: передний угол 100, главный и вспомогательный задний углы - 80, главный угол в плане - 450, вспомогательный - 300. С целью исключения влияния условий закрепления режущей пластины эксперименты проводились на цельных резцах сечением 12х12 мм2. Материал обрабатываемых заготовок - прокат диаметром 40 мм в состоянии поставки из стали 12Х18Н10Т. Режимы резания: глубина резания - 1 мм, подача -0,1 мм/об, скорость резания изменялась в пределах 10-25 м/мин. За критерий износа была принята величина износа по задней поверхности - 0,5 мм.

Испытания показали, что стойкость резцов с покрытием во всем диапазоне изменения скоростей была выше, чем стойкость резцов, подвергнутых стандартной термообработке. Например, при скорости 25 м/мин стойкость резцов с покрытием была зафиксирована в пределах 60-65 мин, а без покрытия 14-16 мин. Сколов поверхностного слоя не наблюдалось.

Для проверки надежности сцепления покрытия с материалом резца были опробованы режимы, при которых процесс резания со-

СТОЙКОСТЬ ЦЕЛЬНЫХ ТОКАРНЫХ РЕЗЦОВ С БОРИДНЫМИ ПОКРЫТИЯМИ

провождался интенсивной вибрацией. Случаев скола поверхности упрочненных слоев и хрупкого разрушения режущей кромки не наблюдалось.

Таким образом, эксперименты показали высокую износоустойчивость боридных слоев, их надежное сцепление с материалом резца и высокую ударную прочность режущей части инструмента при вышеуказанных условиях точения.

Также приведены результаты анализа распределения бора в диффузионных слоях, полученных в процессе борирования. Экспериментально определен большой градиент изменения концентрации бора (порядка 103 % мкм) в диффузионных слоях РеВ Ре2В-> переходная зона а - твердого раствора. При этом изменение содержания бора непосредственно в указанных зонах незначительно (рисунок 1).

Теоретический анализ экспериментальных кривых распределения бора проводился с применением графо-аналитического метода, описанного в работе И.И. Теумина.

Рисунок 1 - Микроструктура боридных покрытий (х 175)

При анализе были сделаны допущения по ограничению конечными интервалами толщин диффузионных слоев в пределах < И < 1л2. Здесь ^>0, но достаточно близко к нулю, а 112<<х>.

Зависимость распределения бора по толщине диффузионных слоев может быть описана приближенной аналитической зависимостью вида:

В(х) = Вгехр(-к х) - В2-ехр(-к2- х) - В3- хп • ехр(-к3- х) + В4- ехр(-к4- х) • зт(\л/х-<р), (1) где В(х), В-|...В4, %; \л/; к-|...к4,1/мкм; х,

мкм;

п и ф - безразмерные коэффициенты. Первый член в данной зависимости характеризует распределение бора в диффузионных слоях. Второй, третий и четвертый члены, вероятно, учитывают образование РеВ, Ре2В и переходной зоны.

Данная зависимость (в допустимых пределах погрешности) может быть применена при описании распределения микротвердости диффузионных слоев»

Вычисление численных значений коэффициентов производилась на ЭВМ с применением стандартного пакета прикладных программ.

Для максимального режима борирова-ния, выше которого нарушается сплошность матрицы, зависимость (1 ) имеет следующий вид:

В(х) = 172,5- ехр(-0,0068-х) - 174,0 ■ ехр(-0,0300-х) - 1,97 • ехр(-0,030-х) -х13-46,0 • ехр(-0,0052-х) ■ зт(0,0174-х-8,1800). (2)

Таким образом, применение известных и типовых характеристик и пакета прикладных программ позволяет аналитически описывать с допустимой погрешностью химический состав поверхностных слоев при борировании инструментальных сталей.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Ворошнин Л.Г., Менделеева О.Л., Сметкин В.А. Теория и технология химико-термической обработки металлов. Мн.: БНТУ, 2004. 168 с.

Востончо-Сибирский государственный технологический университет

Алтайский государственный технический университет им. И.И. Ползунова.