В результате этих операций можно исправить такие дефекты, как обезуглероживание, недостаточную и неравномерную твердость и структуру поверхностных слоев рабочей части инструмента.
Xимико - термическний метод
Xимико - термическний метод представляет такой вид обработки, при котором происходит изменение химического состава и свойств поверхностных слоев инструментов, изготовленных из инструментальной стали. Эти изменения чаще всего достигаются за счет диффузии различных элементов из внешней среды в сталь.
Наиболее широкое распространение из химико-термических методов имеет цианирование, т. е. насыщение поверхностного слоя инструмента одновременно углеродом и азотом. В инструментальном производстве широкое применение имеет так называемое низкотемпературное жидкостное цианирование, которое обычно осуществляется для инструментов из быстрорежущих сталей при температуре 550—570° С в соляных цианистых ваннах следующего состава:
1) 50% цианистого калия KCN и 50% цианистого натрия NaCN с температурой плавления смеси около 490° С;
2) 96—98% цианистого натрия NaCN и 4—2% соды Na2C03 с температурой плавления смеси около 550°С;
3) 60% цианистого натрия NaCN и 40% соды Na2C03 с температурой плавления смеси около 440° С. Последняя смесь наиболее жидкая и не дает значительного прилипания солей к обрабатываемому инструменту, а поэтому чаще применяется.
Процесс цианирования производится после термообработки и окончательной заточки. Инструмент погружается в тигель с расплавленными солями па специальных крючках или проволоке и выдерживается в зависимости от размеров, формы и па-значения инструмента от 4 до 30 минут. При этом получается поверхностный цианированпый слой толщиной 0,02—0,07 мм, верхняя часть которого толщиной до 2—3 мк включает, кроме избыточных карбидов быстрорежущей стали, цементит и нитрид железа. Твердость этого хрупкого стоя не превышает НRC = 62—64, поэтому он быстро изнашивается при резании и не влияет на стойкость инструмента. Основное влияние на режущие свойства инструмента оказывает вторая часть слоя, состоящая из мартенсита, карбидов и карбидонитридных фаз и имеющая твердость HRC до 70—72, а также повышенную теплостойкость и износостойкость. На планированной поверхности реже наблюдается налипание обрабатываемого материала и в связи с этим уменьшается коэффициент трения сходящей стружки. Вследствие этих причин стойкость цианированных инструментов повышается в 1,5—2 раза. Однако эффективность процесса цианирования во многом зависит от характера износа и способа переточки инструмента. Наибольшая эффективность процесса цианирования наблюдается для таких иструментов, как резьбовые и червячные фрезы, долбякн, фасонные резцы и метчики, переточка которых производится только по передней поверхности. Значительный эффект имеет также цианирование у таких инструментов, как сверла и зенкеры, сохраняющие после переточек циа-нироваиный слой на передних поверхностях и на вспомогательных режущих лезвиях. Несколько меньший эффект имеет цианирование для цилиндрических и концевых фрез, сохраняющих при переточках цианированный слой лишь на передних поверхностях. Шлицевые же фрезы и отрезные резцы, у которых цианированный слой полностью удаляется после переточки, следует подвергать повторному цианированию.
Однако многократное цианирование увеличивает хрупкость зубьев инструмента. К тому же у этих инструментов, изнашивающихся как по задней, так и в виде лунки по передней поверхности, цианированный слой сохраняется только в начальный период работы, а затем разрушенный цианированный слой выполняет роль абразива, ускоряя образование лунки и тем самым способствуя понижению стойкости. В связи с этим повторное цианирование таких инструментов не следует производить.
Сулъфидирование
Сулъфидирование, как и цианирование, выполняется после термической обработки и заточки инструментов. Оно обычно осуществляется в зависимости от размера и формы инструмента с выдержкой от 45 минут до 3 часов в тигельных ваннах при температуре 550—560° С. В состав ванны входят нагревательная (39% хлористого кальция, 25% хлористого бария и 17% хлористого натрия) и активная (13,2% сернистого железа в порошке и 3,4% кристаллического сернокислого натрия) части, а также ускоритель — 3,4% желтой кровяной соли.
После сульфидироваиия поверхность инструмента имеет серый цвет. В поверхностном слое толщиной до 0,1—0,12 мм главным образом по границам зерен выделяются сернистые соединения FeS, которые приобретают в процессе сухого трения самосмазывающую способность, благодаря чему уменьшаются силы трения стружки о режущий инструмент и повышается в 1,5-2 раза износостойкость инструмента.
Обработка в атмосфере сухого и перегретого
Обработка в атмосфере сухого и перегретого пара применяется для инструментов т быстрорежущих сталей. Инструменты после шлифования, заточки и обезжиривания помещают в герметически закрывающуюся печь и при 300— 350°С начинают подачу пара под давлением (9,81—29,43) 103 Н/м2 в течение 20—30 минут для удаления воздуха из печи. Затем повышают температуру до 550—570° С и выдерживают 30—60 минут, а затем охлаждают в атмосфере пара до 300—350° С.
После этого прекращают подачу пара и заканчивают охлаждение инструмента с печыо или на воздухе с последующим промыванием его в горячем веретенном масле. В результате такой обработки на поверхности инструмента образуется темно-синяя пленка магнитной окиси железа FesOi толщиной 2—5 мкм. Эта окисная пленка защищает инструмент от коррозии, а также удерживает смазку, понижает коэффициент трения и резко повышает температуру сваривания рабочих поверхностей инструмента со стружкой при резании, чем способствует повышению стойкости инструмента па 50—75%. Кроме того, обработка паром устраняет недоотпуск, который мог быть допущен после закалки, снимает также шлифовочные напряжения, способствует дальнейшему превращению аустеннта во вторичный мартенсит в шлифованном поверхностном слое и улучшает товарный вид инструмента. Обработка паром является простой, дешевой и безопасной операцией.
Она целесообразна для тех инструментов, которые нельзя подвергать цианированию, а также прошедших цианирование.
Xимико - механические методы
Xимико - механические методы облагораживания используются для удаления прижогов, отпущенного тростита или сорбита и других дефектов поверхностного слоя рабочей части инструмента.
Дефектный слой можно удалить механической доводкой с помощью пасты ГОИ и наждачной пасты, а также полировкой в растворах электролитов. В первом случае доводка осуществляется чугунными притирами, шаржированными пастами, состоящими'из 65—75%) абразива (карбид бора, алмаз, борозои и т. д.) и 35—25% парафина. Для доводки быстрорежущего инструмента широко применяются мелкозернистые борозоповыс, а твердосплавного — алмазные круги. Кроме того, доводи а твердого сплава может производиться в растворах электролитов, в результате чего освобождаются зерна карбидов вольфрама и титана, которые затем удаляются с помощью наждачного порошка.
Xимическая и электрохимическая обработка
Xимическая и электрохимическая обработка производится стравливанием дефектов слоя кислотами или солями.
В первом случае после предварительного обезжиривания инструмент помешают в водный раствор, содержащий серную и азотную кислоту, а также медный купорос, и производят обычное химическое травление. Более целесообразным методом является электрохимическое стравливае, когда инструмент подвешивается в ванне н является катодом, а с двух сторон подвешиваются свинцовые аноды. Процесс ведется при напряжении 2—6 В и плотности тока 10—15 А. За 5—10 минут снимается дефектный поверхностный слои толщиной 0,01—0,02 мм, что обеспечивает повышение стойкости инструмента.
Электролитическое покрытие
Электролитическое покрытие рабочих поверхностей инструмента хромом получило широкое применение при обработке инструментов, изготовленных из различных инструментальных сталей. Оно выполняется при низких температурах 50—70°. К тому же это покрытие имеет высокую твердость (НRС=65—67) и износостойкость н осуществляется в ваннах состава: 250 г хромового ангидрида СгЬ3; 2,5 г серной кислоты H2SO4; 1 л воды. Инструмент служит катодом, а анодом — свинец или нержавеющая сталь. Плотность тока при этом составляет от 14 до 22 А/дм2.
Сущность процесса при хромировании сводится к осаждению хрома на хромовой кислоты в присутствии ионов. Для осаждения хрома в канавках н отверстиях анодам придается соответствующая форма. Время выдержки в ванне зависит от требуемой толщины (0,01—0,04 мм) покрытия. Во избежание отслаивания хрома поверхности инструмента, подвергаемые покрытию, тщательно шлифуются и полируются, а затем обезжириваются.
В производстве режущих инструментов из быстрорежущих и легированных сталей хромирование является средством дополнительного повышения их износостойкости после цианирования. Это связано со следующими положительными свойствами хромированного слоя:
1) сохраняется высокая твердость при нагреве до 400—500°;
2) пониженный коэффициент трения по сравнению с обычными закаленными сталями;
3) высокая химическая устойчивость против воздействия кислот, влаги и т. д.;
4) повышенная теплопроводность (до 10—12 раз по сравнению с быстрорежущей сталью) улучшает условия отвода тепла при работе инструментов;
5) меньшая налипаемость обрабатываемого материала па поверхности инструмента.
В связи с этим стойкость режущих инструментов (протяжки, развертки и др.) повышается в 1,5—2 раза. Но несмотря на высокие свойства, электролитическое хромирование применяется реже цианирования и других методов облагораживания. Это связано с трудностями качественного и равномерного хромирования инструментов сложной формы.
