CC BY
5СТРУКТУРНОЕ СОСТОЯНИЕ ПОВЕРХНОСТНОГО СЛОЯ И СТОЙКОСТЬ
ЛИТОГО ИНСТРУМЕНТА
Ю.П. Хараев
Свойства литого инструмента во многом обусловлены структурой сформированной в зависимости от условий кристаллизации при различных методах литья. Помимо этого, на режущую способность инструмента существенное влияние оказывают методы формирования и состояние поверхностного слоя. К основным факторам, определяющим состояние поверхностного слоя режущей части инструмента, относятся режимы заточки и материал абразивных кругов. Имеющиеся сведения в основном, относятся к заточке деформированных сталей.
Анализ результатов исследования фазового состава быстрорежущей стали свидетельствует о повышении остаточного аусте-нита в структуре поверхностного слоя после шлифования до 43% у деформированных быстрорежущих сталей, до 15% и 32% у литых в кокиль и жидкостекольные песчаные формы, соответственно. Результаты рентге-ноструктурного анализа шлифованных образцов из литых и деформированных сталей приведены в таблице 1.
Значительное повышение количества аустенита после шлифования деформированной стали кругами из электрокорунда связано с повышением температуры в зоне резания выше критической, вследствие пониженной теплопроводности стали и электрокорунда. При шлифовании литых сталей более
отмечено у сталей, полученных литьем в жидкостекольные песчаные формы (до 32%). В данном случае это является следствием влияния структуры стали, которая характеризуется наличием весьма грубой сетки леде-буритной эвтектики, карбидная составляющая которой представлена карбидами типа М6С и МС, частично растворяющимися при шлифовании.
Судя по структурным изменениям, происходящим в поверхностных слоях рабочих поверхностей инструментов из деформированной и литой стали, после шлифования их имеет место вторичная закалка поверхностного слоя.
Аустенит, образующийся при вторичной закалке, распределяется крайне неравномерно вследствие локализации в определенных объемах деформирующего и термического воздействия абразивного круга при шлифовании. Именно в этих объемах имеет место растворение карбидов, что способствует повышению степени легированности аусте-нита и его стабилизации при охлаждении. На рисунках. 1 и 2 представлены электронные микрофотографии поверхностного слоя с присутствием большего количества участков аустенита в поверхностном слое образцов, полученных литьем в жидкостекольные песчаные формы и шлифованных электрокорундовыми и эальборовыми кругами.
высокое содержание остаточного аустенита
Таблица 1 - Характеристика поверхностного слоя до и после шлифования
Характеристика Сталь До шлифования После шлифования
Эльборовым кругом Электрокорундовым кругом
Количество остаточного аустенита, % деформированная литая в кокиль литая в песчаные формы 3-5 3-5 3-5 13 8 10 43 17 32
Макронапряжения С, Па 107 деформированная литая в кокиль литая в песчаные формы - -15,0 -80,5 -19,5 +72,0 +10 +50
Микронапряжения Ёа .ю- а деформированная литая в кокиль литая в песчаные формы 2,5 2,8 2,4 3,2 4,1 3,6 2,0 3,9 2,1
СТРУКТУРНОЕ СОСТОЯНИЕ ПОВЕРХНОСТНОГО СЛОЯ И СТОЙКОСТЬ
ЛИТОГО ИНСТРУМЕНТА
Рисунок 1 - Электронные микрофотографии поверхностного слоя образца после шлифования кругом из эльбора: а - микроструктура
(х20000), б - микродифракция, в - темно-польное изображение в свете рефлексов ау-стенита (13000)
На картинах микродифракции присутствуют рефлексы мартенсита и аустенита. Темнопольное изображение (рисунки 1в и 2в) участка фольги в свете рефлекса аустенита, отмеченного на рисунках 1б и 2б, показывает, что остаточный аустенит после шлифования эльбором располагается преимущественно около карбидов вследствие его повышенной легированности из-за частичного растворения последних. После шлифования электрокорундом распределение остаточного аустенита крайне неравномерно с преимущественным его расположением по границам блоков. Образовавшийся аустенит может легко на-клепываться.
Высокая температура в зоне резания, пластическая деформация, неравномерный теплоотвод, структурные превращения приводят к изменеию напряженного состояния поверхностного слоя шлифованного инструмента. Процесс шлифования в зависимости от материала круга и инструмента создает различные по величине и знаку макронапряжения (таблица 1). Не исключена возможность явления «перенаклепа», приводящего к его разупрочнению в процессе эксплуатации.
Рисунок 2 - Электронные микрофотографии поверхностного слоя образца после шлифования кругом из электрокорунда: а - микроструктура (х20000), б - микродифракция, в -темнопольное изображение в свете рефлексов аустенита (13000)
Известно, что остаточный аустенит обладает склонностью к трещинообразованию и снижает механические свойства.
Как показали стойкостные испытания, при этом наблюдается снижение стойкости режущего инструмента (рисунок 3). Необходимо отметить, что глубина поверхностного слоя подверженного структурным изменениям не превышает 100-150 Мкм. Исследования изменения твердости показали, что на глубине более 100 Мкм значения твердости стабилизируются и соответствуют твердости основного металла. Изменения дефектного слоя в указанных пределах определяются видом и режимом шлифования. Анализ результатов стойкостных испытаний показал, что при заточке эльборовыми кругами стойкость фрез повышается во всем диапазоне скоростей резания. Стойкость инструмента после заточки обусловлена изменениями в тонких поверхностных слоях режущей части, которые зависят от исходной структуры стали, материала абразива и режимов обработки.
Ю.П. ХАРАЕВ
Т.ыня
900
600
зоо
9\
%
\\\\ 1 1ч
1
20
40
60
V, м/мжн
Рисунок 3 - Стойкость фрез из стали, литой в кокиль (о), в песчаные формы (х), деформированной (•), после заточки кругами из эльбора (—) и электрокорунда (-)
Научно-производственное предприятие «Софтсервис»
