Электромонтаж Ремонт и отделка Укладка напольных покрытий, теплые полы Тепловодоснабжение

Обрабатываемость автоматных сталей

03.11.2018

Экономические соображения, послужившие стимулом для достижения больших скоростей съема металла и более высокой стойкости инструмента, привели к разработке ряда автоматных сталей, основной особенностью которых является высокое содержание серы. Эти стали улучшены (для определенных целей) добавками свинца и иногда теллура. Типичные составы автоматных сталей приведены в табл. 7.1. Содержание марганца в этих сталях должно быть достаточно высоким для связывания всей присутствующей серы в виде сульфида марганца MnS, и изготовители стали обращают внимание не только на количество, но и на распределение этого компонента в структуре стали. На рис. 7.12 показано распределение MnS в типичной автоматной стали. Контроль за формой частиц MnS, их размером и распределением осуществляется при изготовлении стали. На эти свойства влияет как раскисление расплавленной стали перед разливкой в слитки, так и горячая прокатка. Теллур находится в стали в виде частиц теллурида, которые, по-видимому, играют аналогичную с сульфидами роль. Теллур обладает определенной токсичностью, что представляет опасность для изготовителей стали, и, несмотря на имеющиеся данные об улучшенной обрабатываемости сталей, содержащих теллур, они вряд ли получат широкое распространение. Свинец почти не растворяется в расплавленной стали и поэтому трудно обеспечить его хорошее распределение. Для диспергирования свинца в объеме стали его добавляют в сталь в виде дроби по мере прохождения расплавленного металла из ковша в изложницу. При добавлении свинца в сталь с большим содержанием серы он обычно соединяется с частицами MnS, часто окаймляя их или располагаясь по границам этих включений.

Автоматные стали широко применяются в массовом производстве деталей на станках-автоматах, так как позволяют применять высокие скорости резания, обеспечивают большую стойкость инструмента, лучшее качество обработанной поверхности, меньшие силы резания и меньшее потребление мощности и дают легко убираемую стружку. Кроме того, они оказываются надежными вследствие более стабильных характеристик, чем у неавтоматных сталей при различных операциях без остановки автоматического цикла обработки. Несмотря на обширные исследования, полное объяснение механизма действия частиц MnS, способствующих улучшению обрабатываемости, еще не дано.

При обработке стали диспергированные в ней частицы MnS пластически деформируются. Приведенные на рис. 7.12 частицы MnS приобрели удлиненную форму в процессе горячей прокатки прутка из слитка. В этом отношении их поведение отличается от пластин карбидов (Fe3C) в перлитной структуре, которые размельчаются при прокатке стали или частиц окислов, неизменно сохраняющих свою форму, тогда как стальная матрица их обтекает. Изучение деформации частиц MnS проводилось в лабораторных условиях; степень деформации зависела от величины напряжений и температуры. Микроскопические исследования зоны резания при мгновенном прекращении процесса резания показали, что сульфиды удлиняются вдоль плоскости сдвига (рис. 7.13). В зоне пластического течения, смежной с поверхностью инструмента, удлинение значительно больше. На рис. 7.14 видны частицы сульфидов, настолько вытянутые в зоне пластического течения, что их толщина находится на пределе разрешающей способности оптического микроскопа, и некоторые частицы могут быть настолько тонкими, что их нельзя увидеть, например, меньше 0,1 мкм. В зоне пластического течения на контактной поверхности стружки автоматной стали очень высокую концентрацию таких тонких удлиненных сульфидов можно увидеть в растровый электронный микроскоп после травления в азотной кислоте (рис. 7.15). Возможно, что в таком виде они образуют легко деформируемые поверхности, сдвиг которых требует меньшей затраты энергии, чем в основной массе металла. Несомненно, что присутствие сульфидов снижает температуру инструментов из быстрорежущей стали.

Длина контакта на передней поверхности инструмента уменьшается в присутствии MnS. При отделении металла стружки от инструмента, с которым он «схвачен», происходит разрушение, и слабые границы раздела между полосами сульфидов и сталью образуют центры такого разрушения. Меньшая длина контакта приводит к более тонкой стружке и меньшим силам резания и потребляемой мощности (рис. 7.16 и 7.17).


После обработки можно обнаружить участки поверхностей инструмента, покрытые слоями MnS. При работе инструментом из твердого сплава для обработки стали сульфид марганца покрывает площадку контакта на передней поверхности инструмента. Это может практически полностью препятствовать образованию нароста при низких скоростях резания (см. карты обрабатываемости, рис. 7.18). При высоких скоростях резания MnS, по-видимому, действует как смазочный слой между инструментом и обрабатываемым материалом на передней поверхности. Наличие слоев сульфида марганца может быть определено рентгеновским микроанализатором, однако сульфид марганца легко может быть обнаружен по сульфидным отпечаткам на передней поверхности инструмента. На рис. 7.19, а и б приведены микрофотография площадки контакта на передней поверхности инструмента из твердого сплава после обработки им автоматной стали и сульфидные отпечатки в этой зоне, свидетельствующие о высокой концентрации сульфида марганца на всей площадке контакта.

Механизм осаждения частиц MnS на поверхности инструмента не выяснен, однако имеется предположение, что они выдавливаются на поверхность инструмента из гнезд в обрабатываемой стали, подобно зубной пасте из тюбика.

При применении инструментов из быстрорежущей стали или из твердого сплава на основе WC—Co для обработки автоматной стали сульфиды марганца на площадках контакта не обнаруживаются, за исключением случаев обработки с очень низкими скоростями резания, несмотря на то, что они часто образуют пленки на поверхности инструмента за площадкой контакта. И только при применении твердых сплавов для обработки стали предотвращается образование большого нароста. Способность слоя сульфида марганца удерживаться на поверхности раздела между обрабатываемым материалом и инструментом из этой группы материалов может быть обусловлена либо химической связью MnS с кубическими карбидами, либо механическим сцеплением с неровной изношенной передней поверхностью этих инструментов.

Роль свинца в процессе механической обработки изучалась меньше, чем роль серы. Он применяется в качестве добавок в количестве около 0,25% как к автоматным сталям, так и к сталям с нормальным содержанием серы и позволяет вести обработку с более высокими скоростями съема металла, обеспечивает лучшее качество поверхности без серьезного ущерба для механических свойств стали. Механизм действия свинца, обеспечивающий эти преимущества, точно неизвестен, и при определенных условиях он может привести и к новому и более быстрому износу инструмента. Так как основные представления о роли свинца в процессе резания отсутствуют, то вопрос о применении свинцовистой стали для разрешения определенных производственных задач должен рассматриваться в каждом конкретном случае особо.
Имя:*
E-Mail:
Комментарий: