6. Физические методы

Данная группа методов еще недостаточно изучена. Замеченные изменения в поверхностном слое ждут объяснения причин.

К физическим методам относятся: лазерное упрочнение, обработ­ка инструмента в магнитном поле, радиационное облучение и др. Все они исследовались и применяются в основном для повышения рабо­тоспособности инструментов из быстрорежущей стали.

Лазерное упрочнение состоит в том, что поверхностный слой стального инструмента, быстро разогреваемый лучом лазера, а затем быстро остывающий (в 10 – 100 раз выше, чем при обычной закалке), приобретает исключительно мелкозернистую структуру и повышен­ную твердость. Стойкость быстрорежущего инструмента увеличива­ется в 2 – 10 раз. Процесс осуществляется на установках "Квант-16" и "Квант-18". Применим для всех режущих материалов: сталей, твер­дых сплавов, минералокерамики и сверхтвердых материалов.

Обработка в магнитном поле – намагничивание инструмента в течение определенного времени. В результате повышается его поверхностная твердость, снижается уровень остаточных растягиваю­щих напряжений от заточки, увеличивается концентрация вольфрама, молибдена, углерода и кислорода в поверхностном слое. Стойкость инструмента возрастает в 1,7 – 2,3 раза.

Перед работой инструмент необходимо размагнитить.

Радиационное облучение потоком ускоренных протонов повы­шает стойкость инструментов в шесть раз.

7. Физико-термические методы

Свое название методы получили по той причине, что физико-меха­нические свойства инструмента изменяются от воздействия темпера­туры.

Обработка глубоким холодом исправляет дефекты закалки и отпуска инструмента. Кроме того, она оказывает и другие, еще не изученные воздействия, которые приводят к повышению стойкости инструмента в 2 – 5 раз, а по некоторым литературным источникам – в 14 раз. Обработку проводят в жидком азоте при температуре -197 °С в течение 45 – 90 мин, иногда до 6 часов.

Обработка холодом не только повышает стойкость инструмента, но и стабилизирует режущие свойства, делая инструменты более однородными по периоду стойкости, что важно для автоматизирован­ного машиностроения.

Аналогичный эффект, но количественно меньший, достигается ох­лаждением быстрорежущего инструмента до температуры -80°С в смеси сухого льда с бензином или ацетоном. В этом случае основное влияние на работоспособность инструмента и однородность его свойств оказывает превращение остаточного аустенита в мартенсит. Чем ниже культура термической обработки, больше остаточного аус­тенита в инструменте после закалки и отпуска, тем выше эффектив­ность обработки холодом.

Термоупрочнение инструмента возможно нагревом. На Алма-Атинском заводе тяжелого машиностроения внедрен метод термоупрочнения, заключающийся в кратковременной выдержке инструмента при температуре 630 – 650 °С в соляной ванне с хлористыми солями бария, натрия и кальция. Стойкость инструментов после такой обра­ботки повышается в среднем в два раза. Причина явлений не выяснена, но вероятнее всего стойкость повышается в основном из-за структурных превращений.

Низкотемпературный отпуск при температуре 200 – 250 °С также способствует повышению стойкости инструмента. По данным Ека­теринбургского ЦНТИ 30-минутная выдержка сверл и разверток ди­аметром 4 – 5 мм, в индустриальном масле, нагретом до 160°С, повышает их стойкость в 1,5 раза. Вероятная причина упрочнения – снятие сформированных шлифованием и заточкой растягивающих напряжений в поверхностном слое инструмента.

Термоупрочнению подвергают и твердые сплавы группы ВК одно­временно с напайкой пластин на корпуса инструментов или отдельно, до напайки и заточки. В процессе закалки заготовки нагревают со скоростью 10 – 15 °С/с до температуры 1150 – 1200 °С (сплавы с содержанием кобальта более 15 %) или до 1000 °С (сплавы с содержанием кобальта менее 15 %), а затем охлаждают в масле, нагретом до 40 °С. На 8 – 12 % повышается твердость твердого спла­ва, а стойкость твердосплавных спиральных сверл диаметром 0,7 – 2,0 мм с вышлифованными после закалки стружечными канавка­ми – в три и более раз по сравнению с незакаленными.