Суббота, 07 Март 2015 08:43

Особенности обработки жаропрочных сталей и титановых сплавов

Автор 
Оцените материал
(9 голосов)

Вопрос обрабатываемости резанием жаропрочных сталей достаточно успешно разрешен, то жаропрочные сплавы на никелевой основе, сохраняя свои физико-механические свойства при высокой температуре и имея низкую теплопроводность и температуропроводность, не позволяют успешно производить обработку их резанием.

 

Развивающаяся высокая контактная температура на поверхностях режущего инструмента при большом удельном давлении способствует «слипаемости» (схватыванию) сходящей стружки с передней поверхностью режущего инструмента, что весьма ограничивает применение инструмента, оснащенного твердым сплавом, и совершенно исключает его применение при прерывистом резании.

 Обработка титановых сплавов

 

В этих условиях процесс резания осуществляется только быстрорежущими инструментами из стали Р18 или быстрорежущей стали, легированной кобальтом.

 

Но так как, быстрорежущая сталь выдерживает температуру только до 600°, то обработку резанием (при прерывистом резании с ударами) ведут с ограниченной скоростью (до 7—10 м/мин). Повысить сколько-нибудь существенно скорость резания (против указанного) на сегодня не представляется возможным, поэтому исследователи этих процессов идут по пути увеличения стойкости, которая может быть осуществлена за счет:

1)      геометрических параметров режущего инструмента;

2)      применения смазочно-охлаждающих жидкостей;

3)      способа их подвода;

4)      изыскания метода термической обработки жаропрочных сплавов для получения структуры, наиболее легко поддающейся резанию.

 

В настоящее время ведутся изыскания новых инструментальных материалов для эффективной обработки жаропрочных сплавов резанием.

 Титановые сплавы обладают малой пластичностью, что существенным образом сказывается на их деформации   при   резании.

Если характеризовать пластическую деформацию срезаемого слоя продольной усадкой стружки, то таковая может быть равна и даже меньше единицы. Это значит, что соприкосновение срезаемого слоя с передней поверхностью инструмента происходит по узкой контактной площадке и, принимая во внимание значительный предел прочности этих сплавов, значительный износ инструмента получается при наличии высокой температуры на контактной площадке.

 

Вследствие этого становится естественным применение режущего инструмента, оснащенного твердым сплавом. Так как твердые сплавы группы ТК более хрупкие, чем группы ВК, то при обработке титановых сплавов применяют сплавы группы ВК, т.е. так же, как вообще при обработке всех малопластичных материалов. Скорость резания при этом может быть до 100 м/мин и больше.

Существенное влияние на обрабатываемость резанием титановых сплавов оказывают, как упоминалось выше, различные газовые примеси, из которых наиболее активными являются Н2, 02, т.е. с повышением содержания их в титановых сплавах обрабатываемость резанием ухудшается.

 

Многочисленные исследования над обычными углеродистыми и легированными конструкционными сталями показали, что глубина наклепанного слоя, степень упрочнения, величина и знак (растяжение или сжатие) остаточных напряжений зависят от пластичности обрабатываемого металла, режимов резания, геометрии инструмента, смазочно-охлаждающих жидкостей, степени затупления инструмента и жесткости системы деталь — станок — инструмент.

Исследования показывают, что остаточные напряжения в слое под обработанной поверхностью появляются в результате воздействия тепла, образующегося:

1) от трения задних поверхностей инструмента об обработанную поверхность;

2) пластической деформации этого слоя.

 

Все эти положения относятся и к жаропрочным сплавам. Исследования, произведенные для установления влияния упрочнения на выносливость деталей, изменение предела усталостной прочности деталей углеродистых и легированных конструкционных сталей, показывают, что во многих случаях упрочнение повышает выносливость деталей, вследствие чего появились и различные упрочняющие методы.

Особенности обработки жаропрочных сталей и титановых сплавов

Сказанное в той или иной степени относится к жаропрочным и титановым сплавам, но также следует, что наличие остаточных растягивающих напряжений отрицательно сказывается на прочностных свойствах жаропрочных и титановых сплавов. Если детали тонкостенные, как, например, лопатки турбин, когда наклепанный после обработки слой материала может быть значительным по отношению ко всей толщине детали, то в этих случаях возможно рекомендовать производить обработку резанием так, чтобы наклеп (упрочнение) был бы минимальным.

 

При механической обработке сплавов на основе титана (например ВТЗ и ВТ5) выделяется меньшее количество тепла. На этом основании можно было бы ожидать, что среднеинтегральная температура в деформированной зоне указанных сталей и никелевых сплавов должна быть выше, чем у сплавов на основе титана. Однако,результаты температурных исследований при резании титановых сплавов, проведенные в широком диапазоне режимов резания, при сравнении с температурными данными для сталей показывают обратное. Например, температура резания титанового сплава достигает 800° С уже при скорости резания v = 40 м/мин, подаче s = 0,ll мм/об и глубине резания V=1,5 мм; при резании же стали 45 аналогичная температура развивается при значительно более высоком режиме: v = 100 м/мин; s = 0,29 мм/об и t = 2 мм.

 

В зоне резания возникает сложное деформированное и   напряженное состояние при наличии пластических деформаций сжатия, сдвига и растяжения, которые распространяются далеко впереди резца и под обработанную поверхность.

Характер изменения деформаций и напряжений по длине и толщине зоны стружкообразования остается одним и тем же как для жаропрочных и титановых сплавов, так и для углеродистых сталей. Имеет место лишь количественное различие.

 

Наибольшей величины при резании жаропрочных сплавов и углеродистых сталей достигают деформации сжатия, а при резании титановых сплавов—деформации сдвига.

 

При высоких температурах, возникающих в процессе резания титановых сплавов, проявляется свойство активности титана к кислороду и азоту воздуха. Это приводит к изменению структуры и физико-механческих свойств поверхностного слоя обработанной детали, что по всей вероятности может быть причиной снижения ее усталостной прочности.

 

Жаропрочные сплавы склонны к образованию налипов на передней поверхности резца, что вызывает необходимость применения смазывающе-охлаждающих жидкостей, обладающих высокой смазывающей способностью.

При обработке жаропрочных сплавов выделяется большое количество тепла, которое повышает температуру детали и вызыва¬т изменение её размеров и формы. Во избежание этого требуется обильный подвод охлаждающей жидкости.

 

Большая склонность жаропрочных сплавов к наклепу. Так, на многих производствах, жаропрочный сплав после получения наклепа не поддается обработке резанием; рекомендует перед обработкой резанием этот материал предварительно подвергнуть термической обработке.

Большие силы резания, в 3—4 раза превышающие силы при резании обычных конструкционных сталей, и высокий коэффициент трения требуют применения инструментов с высокой чистотой рабочих поверхностей и острой режущей кромкой.

Большинство жаропрочных сплавов вследствие особенностей кристаллографической структуры их фазовых составляющих являются весьма абразивными, поэтому применяемые для их обработки инструментальные материалы должны сопротивляться этому воздействию либо по своей природе, либо в результате соответствующей специальной обработки и созданных условий работы.

 Жаропрочные сплавы сохраняют значительную твердость и прочность при кратковременном повышении температуры при резании.  При внезапном повышении температуры и последующей быстровозникающей деформации предел прочности сплава оказывается более высоким, а вязкость более низкой.

 

Сплавы титана обрабатываются несколько хуже нержавеющих сталей, но лучше жаропрочных сплавов. Сравнительно быстрое изнашивание режущих кромок инструмента при обработке титановых сплавов зависит от высокой химической активности титана, легко вступающего в соединения со всеми соприкасающимися с ним металлами. Эта особенность титана при его низкой теплопроводности и небольшой поверхности контакта между резцом. И стружкой приводит к развитию высокой температуры в зоне резания. Титановые сплавы часто содержат включения в виде окислов нитридов и карбидов, которые обладают высокими абразивными свойствами и способствуют ускоренному износу режущего инструмента. Наклеп не оказывает существенного влияния на износ режущего инструмента.

 

 

Обработка титановых сплавов

Сверла рекомендуется затачивать с двойным заборным кону­сом: 2ф = 90 и 118°; угол наклона винтовой канавки = 28-35°; задний угол 12°. При образовании глубоких отверстий, в процессе сверления следует периодически вынимать сверла из отверстия для очистки от стружки.

Для охлаждения применяют сульфурированные или хлориро­ванные масла.

Для нарезания резьбы применяют метчики со спиральными ка­навками; метчики для нарезания резьбы до б мм и шагом менее 1,25 мм делаются двухканавочными; для более крупных резьб  трехканавочными. Режущие и калибрующие зубья метчиков реко­мендуется затыловать. Резьбу следует нарезать не полную; умень­шение высоты резьбы с 75 до 65% способствует повышению срока службы метчиков в 2—3 раза.

 

При нарезании резьбы в технически чистом нелегированном титане применяется скорость резания v = 12 м/мин. При нарезании резьбы в сплавах титана v=7,6 м/мин. Для охлаждения метчиков применяются сульфурированные и хлорированные масла.

При протягивании технически чистого нелегированного титана скорость резания, допускаемая протяжками из быст­рорежущей стали v = 7,6 м/мин.

При протягивании титановых сплавов v = 4,6 м/мин.

Подача на зуб протяжки для черновых зубьев 0,075 - 0,15 мм; для чистовых  0,038-0,15 мм.

 

Обработка сплавав с твердостью HRC>37 связана со значи­тельными трудностями ввиду быстрого износа протяжек.

При обработке титановых сплавав следует следить за состоя­нием протяжки и не допускать налипания титана на зубья.

 

Охлаждение: обильной струей сульфурированного или хло­рированного масла. Зубья протяжек выполняются с передним углом 8°; с задними углами 3° — для черновых про­тяжек и 2° — для чистовых.

 

Разрезка титана

Разрезка пруткового материала диаметром 50-90 мм успешно производится ножевками из быстрорежущей стали. Шаг зубьев полотен зависит от твердости разрезаемого материала. При НВ 275—350 шаг зубьев 4,2—6,2 мм; при НВ 350— 6,2 мм; при НВ >350—8,4 мм.

 

Натяжение полотен должно быть постоянное и достаточное.

Сплавы титана режутся при 45—70 двойных ходах ножовки в минуту с подачей 0,15—0,23 мм на двойной ход. Для охлаждения применяют сульфурированное или хлорированное масло.

 

Хорошие результаты при разрезке титана дает дисковая пила со вставными зубьями. Передний угол зубьев пилы —5°. Для удаления стружки, прилипшей к зубьям пилы, применяют стружкоулавливатель.

В настоящее время начинают широко использовать резку тита­на абразивными кругами с применением охлаждающих жидкостей. 

Фрезерование

Источник: Каратыгин.Обработка резанием жаропрочных и титановых сплавов

Дополнительная информация

  • Заказчик: Организация
  • Статус: Нет исполнителя
  • Цена: 300 руб.
  • Предпочитаемый способ оплаты: На сотовую связь
  • Срок сдачи проекта после оплаты аванса: 01.05.2015
  • ЦЕЛЬ ПРОЕКТА: Расскажите про особенности обработки жаропрочных сталей и титановых сплавов
Прочитано 9746 раз Последнее изменение Пятница, 16 Июнь 2017 12:23

4 комментарии

  • Комментировать Максим Вторник, 10 Март 2015 16:28 написал Максим

    Забыл сказать, лучше делать сверло чуть с меньшим углом чем 118, чем с большим. Стойкость инструмента падает колоссально

  • Комментировать Харитонов Е.Д. Пятница, 16 Июнь 2017 12:23 написал Харитонов Е.Д.

    Очень хорошая книжка, жаль редкая. Спасибо за интересный пересказ книги и его экспериментов.

  • Комментировать Халаимова Л.Г Вторник, 04 Июль 2017 19:25 написал Халаимова Л.Г

    Титан жутко налипает на режущую кромку, что существенно снижает производительность при его обработке. При обработке титана есть два противоположных способа его обработки-это долбить его используя максимально маленькие передние углы резания или стружколомы или максимально быстро и качественно отводить его из зоны резания, например с помощью угла наклона винтовой канавки или подачи сож под высоким давлением. Крайне не рекомендую применять универсальный инструмент, у которого нет одного из двух выше перечисленных характеристик.

  • Комментировать Халаимова Л.Г Четверг, 06 Июль 2017 17:56 написал Халаимова Л.Г

    Еще хотел заметить,что нержавейку тоже лучше всего обрабатывать инструментом со стружколомом и под сильным напором СОЖ. Это связанно с процессом самоупрочения в процессе резания нержавеющей стали.

Авторизуйтесь, чтобы получить возможность оставлять комментарии