4.4. Обработка коррозионностойких и жаростойких сталей,

титановых и жаропрочных сплавов.

Изготовление деталей из коррозионностойких и жаростойких сталей, титановых и жаропрочных сплавов связано с увеличением трудоемкости обработки вследствие снижения скорости резания. Обработка этих материалов требует совершенствования существующих технологических процессов и применения инновационных инструментальных материалов.

В связи с этим необходимо совершенствование режущего инструмента путем оснащения его инновационными инструментальными материалами с многофункциональным покрытием для повышения эффективности процесса резания указанных материалов.

К группе труднообрабатываемых материалов обычно относят жаропрочные, коррозионностойкие стали и сплавы, а также материалы с особыми свойствами.

Большинство таких материалов характеризуется низкой обрабатываемостью, которая ухудшается по мере повышения жаропрочных свойств. В частности, это относится к никелевым и титановым сплавам, композитам на основе алюминиевых и титановых сплавов, упрочненных полимерными материалами, а также интерметаллоидам типа Ti-Al, Ni-Al и др.

Несомненно, все эти особенности нужно учитывать при разработке инструментального материала и многофункционального покрытия. В данном случае основную роль играет теплостойкость инструментального материала, то есть способность сохранять прочность и твердость при повышенной температуре в зоне резания, а также способность износостойкого покрытия выполнять ряд необходимых функций, которые будут рассмотрены ниже.

Титан и его сплавы также относятся к материалам, имеющим низкую обрабатываемость резанием. Твердость титановых сплавов может изменяться в широком диапазоне (НВ 1800-4000). Теплофизические и механические характеристики титановых сплавов являются основной причиной снижения скорости резания при их лезвийной обработке примерно в 5 раз по сравнению со скоростью резания конструкционных сталей.

Температура деформации при резании титановых сплавов достаточно высокая из-за малой удельной теплоемкости. Но поскольку в этом случае деформация происходит не по всему сечению стружки, а лишь по краям образующихся элементов, средняя температура деформации в зоне стружкообразования невелика. Образующаяся стружка - как правило, псевдосливная - состоит из отдельных малодеформированных элементов, связанных между собой в тонком прирезцовом слое стружки.

Отсутствие нароста и за­стойных явлений способствует неблагоприятной схеме износа режущего лезвия: деформации и округлении режущей кромки. Зачастую разрушение начинается с вершины инст­румента.

При резании труднообрабатываемых материалов основной негативный фактор – это высокая температура в зоне резания, которая приводит к разупрочнению стандартных твердых сплавов, снижению стойкости режущего инструмента и вынужденному уменьшению скорости резания. Снижение скорости резания влечет за собой увеличение времени обработки, что сказывается на производительности и себестоимости обработки в целом.

Высокие значения твердости и прочности труднообрабатываемых материалов, которые сохраняются при нагревании до высоких температур (см. рис. 4.21 и 4.22), приводят к образованию интегральных термомеханических напряжений в зоне резания, которые повышают вероятность выхода из строя режущего инструмента вследствие его хрупкого или пластического (вязкого) разрушения.

Высокая химическая активность большинства труднообрабатываемых материалов, особенно при температурах, возникающих при резании, приводит к активизации физико-химических процессов на контактных площадках инструмента (граничная адгезия, твердофазные и жидкофазные диффузионные реакции между инструментальным и обрабатываемым материалами) и является главной причиной интенсификации таких видов изнашивания режущего инструмента, как адгезионно-усталостный и диффузионный. Склонность труднообрабатываемых материалов некоторых групп (например, никелевых сплавов) к механическому упрочнению в процессе пластического деформирования при резании (наклепу) приводит к росту интенсивности абразивного изнашивания. Кроме того, как правило, при упрочнении металла возрастают его упругие свойства, что приводит к увеличению упругого последействия, увеличению длины контакта задней поверхности и поверхности резания. Как следствие увеличивается тепловыделение за счет трения, что в совокупности со склонностью к адгезии инструментального и обрабатываемого материала приводит к изнашиванию контактной площадки задней поверхности режущего инструмента.

Краткий анализ свойств труднообрабатываемых материалов с точки зрения процесса резания показывает, что основными причинами отказов инструмента можно считать:

- потери формоустойчивости режущей части инструмента (пластическое разрушение);

- физико-химические виды изнашивания контактных площадок режущего инструмента, в частности адгезионно-усталостное изнашивание.

Таким образом, при лезвийной обработке труднообрабатываемых материалов возникает задача разработки инструментального материала улучшенного состава с учетом приведенных особенностей процесса резания труднообрабатываемых материалов. Одним из важнейших показателей инструментального материала в данном случае является повышенная теплостойкость и прочность.

Согласно международному стандарту ISO 513: 2004-07 при обработке резанием рассмотренные виды труднообрабатываемых материалов условно на группы обрабатываемости: M (обработка коррозионностойких сталей), S (обработка жаропрочных сталей и сплавов, титана и его сплавов) и H (обработка закаленных сталей и чугуны. В табл. 4.5 - 4.7 приведены рекомендации по применению инструментальных материалов для обработки коррозионностойких сталей. В табл. 4.23 приведены рекомендации по выбору инструментальных материалов и скоростям резания для обработки жаропрочных сталей и сплавов и титановых сплавов.

Таблица 4.10. Инструментальные материалы и скорости резания для обработки жаропрочных сталей, жаропрочных и титановых сплавов.

Вид материала	Инструментальный материал		Скорость резания , м/мин
	Быстрорежущая сталь	Твердый сплав	Быстрорежущая сталь	Твердый сплав
Жаростойкие стали	Р12Ф2К8М3 Р9К5 Р9М4К8Ф	ВК8. ВК8В ВК6ОМ, ВК3М ВК10М, КНТ-16	30…40 20…30 25..35	120…140 110…130 120…150
Жаропрочные стали	Р12Ф2К5М3, Р9М4К8Ф	ВК6М, ВК8, ВК6ОМ, ВК3М	12…20 20…28	50…60 100…120
Жаропрочные сплавы на никелевой основе	Р9М4К8Ф, Р12Ф2К8М3 Р18Ф2К8М	ВК8, ВК6ОМ ВК6М, ВК15ОМ ТТ10К8Б,ВК3М	8…12 6…10 5…10	40…50 20…25 18…20
Титановые сплавы	Р8М3К6С Р9М4К8Ф, Р9К10	ВК3М, ВК8 ВК6ОМ, ВК4	18…25 25…35	50…70 70…100