5. Лекция 20. Способы улучшения обрабатываемости

Подбор оптимальных составов технологической среды. Известно что технологическая среда снижает температуру в зоне резания, трение на площадках контакта, охрупчивает металл в зоне пластической дефор­мации и т. д. Правильно подбирая состав технологической среды, можно резко снизить интенсивность изнашивания и улучшить качество обработанной поверхности.

Подвод в зону резания дополнительной энергии. Этот способ широко применяется при резании труднообра­батываемых материалов. В частности, производится их обработка в нагретом состоянии, с наложением электри­ческих и магнитных полей, принудительных колебаний строго определенной частоты и т. д. Вследствие этого изменяется интенсивность изнашивания режущих кромок и период стойкости возрастает в несколько раз.

Регулирование микроструктуры за счет подбора режи­мов термической обработки. Для каждой группы материа­лов можно подобрать такой режим термообработки, который обеспечивает получение строго определенной микроструктуры и уровня механических свойств.

Так, например, стали для хорошей обрабатываемости должны иметь следующую микроструктуру: 1) малоугле­родистые (С < 0,3 %) — пластинчатый перлит и феррит. Резко выраженная строчечность феррита и крупные скопления его ухудшают обрабатываемость; 2) со средним содержанием углерода (С = 0,35...0,55 %) — пластинча­тый перлит и феррит в виде сетки или некрупных зерен; 3) высокоуглеродистые конструкционные (С > 0,55 %) и инструментальные стали — зернистый перлит.

Соответствующим образом подбираются виды термо­обработки (нормализация, отжиг) и их режимы.

Обрабатываемость чугуна можно улучшить графитизирующим или сфероидизирующим отжигом, исключаю­щим появление сетки карбидов и обеспечивающим округлую форму зерен.

Термообработка труднообрабатываемых материалов определяет фазовый состав, процентное содержание фаз, их дисперсность и распределение, а также размеры зерен твердого раствора. При этом требуется выдерживать на строго определенном уровне число упрочняющих избы­точных фаз, поскольку от них зависит и обрабатываемость и жаропрочность материала. Для термообработки реко­мендуется использовать двойную закалку с последующим высокотемпературным старением.

Введение в состав обрабатываемого материала спе­циальных присадок. Известны два механизма действия присадок, способствующих улучшению обрабатываемости. В первом случае снижается коэффициент трения на контактных площадках и интенсивность изнашивания, поскольку присадки образуют в металле твердые смазоч­ные вещества (сульфиды, селениды, сульфоселениды и др.). Во втором — присадки, являясь концентраторами напряжений, способствуют охрупчиванию обрабатывае­мого материала, снижают силы резания и уровень температур.

Наиболее характерными присадками являются элемен­ты, относящиеся к VI группе таблицы Д. И. Менделеева,— сера, селен, теллур, которые образуют в стали неметалли­ческие включения, а также свинец. Примером сталей повышенной обрабатываемости могут служить автомат­ные с повышенным содержанием серы (А11...А35), серы и фосфора (А12), серы и свинца (АС14). Свинец в послед­нем случае присутствует в стали в двух модификациях: в виде мелких обособленных частиц, произвольно распо­ложенных в матрице металла, и в виде комплексных соединений MnS—Pb. Свинец характеризуется низкой температурой плавления, поэтому, кроме охрупчивающего действия, он может создать на площадках контакта жидкую пленку. Установлено, что для резкого снижения склонности к схватыванию достаточно образования пленки толщиной около 2 мкм.

На состав, форму, размеры и распределение избы­точных фаз существенным образом влияет такой этап выплавки стали, как раскисление, для чего исполь­зуются кремний, алюминий, марганец и кальций. Каль­ций позволяет существенно улучшить обрабатываемость сталей. В их структуру входят силикаты или алюминаты кальция в сульфидной оболочке, что резко снижает изнашивание инструмента. Содержание кальция строго определенное. Такие стали успешно применяются на Волжском автозаводе (АЦ20ХГНМ (вместо 20ХГМ), АЦ40Х (вместо 40Х и др.)), обеспечивая повышение периода стойкости до 3 раз.