Специальные способы улучшения режущих свойств инструментальных сталей II
Говоря о способах повышения стойкости режущих инструментов, относящихся к первой группе, следует отметить, что удаление поврежденного при заточке слоя с рабочих поверхностей инструментов достигается также путем доводки этих поверхностей, т. е. обработки их с помощью доводочных паст или мелкозернистых шлифовальных кругов. Более подробно доводка инструментов будет рассмотрена ниже.
Способы, относящиеся ко второй группе, как уже указывалось, позволяют повысить износостойкость и теплостойкость режущей части инструмента путем изменения состава и свойств тех слоев инструментального материала, которые при резании непосредственно соприкасаются со сходящей стружкой (на передних поверхностях инструмента) и обрабатываемой деталью (на его задних поверхностях) .
Цианирование. Одним из наиболее известных способов для достижения этой цели является цианирование инструментов. Оно заключается в нагреве готового (термо обработанного и заточенного) инструмента в специальных веществах, например в расплавленных цианистых солях, в результате чего его поверхностные слои насыщаются азотом и углеродом. Температура цианирования должна соответствовать температуре отпуска быстрорежущей стали (550—560°).
Цианирование в расплавленных цианистых солях называют жидкостным. Недостатком такого процесса является ядовитость цианистых солей в жидком состоянии; поэтому необходимо предусматривать специальные меры предосторожности. Преимущества жидкостного цианирования— большая оперативность и быстрота (10— 30 мин.).
С точки зрения техники безопасности существенные преимущества имеет газовое цианирование, или нитроцементация. Инструменты загружаются в герметически закрывающуюся электропечь, в камеру (муфель) которой по трубкам подаются цементирующий газ, содержащий окись углерода (например, генераторный газ), и газ, содержащий азот (аммиак). В печи происходит образование циана и его разложение, в результате чего поверхности инструмента насыщаются углеродом и азотом. Продолжительность газового цианирования 1—2 часа.
Цианирование может производиться также путем нагрева инструментов в ящиках с твердыми веществами, содержащими циан (например, смесь древесного угля и желтой кровяной соли); такой процесс называется сухим цианированием. При сухом цианировании трудно регулировать ход процесса и результаты получаются неустойчивые. Поэтому для обработки больших партий инструментов сухое цианирование непригодно.
Планированные инструменты имеют характерный черный матовый цвет. Толщина цианированного слоя невелика — всего 0,01—0,05 мм. Цианированная поверхность приобретает повышенные твердость (до RC 69—72) и красностойкость (приблизительно на 50°); стойкость цианированного инструмента возрастает в 1,5—3 раза.
Нужно учитывать, что цианирование одновременно с увеличением твердости поверхностного слоя увеличивает также хрупкость инструмента. Поэтому нецелесообразно цианировать инструменты небольшого диаметра, которые могут легко ломаться или выкрашиваться, например мелкие сверла, метчики с мелкой резьбой (шаг менее 1,5 мм) и т. п.
Хромирование. Вторым способом увеличения износостойкости рабочих поверхностей режущих инструментов является хромирование, т. е. нанесение на эти поверхности электролитическим или иным путем очень тонкого (примерно 0,003—0,005 мм) слоя твердого хрома. Слой хрома, имеющий твердость около RC 70, не только увеличивает износостойкость инструмента, но и уменьшает налипание обрабатываемого металла, которое нередко создает большие затруднения. Вследствие этого хромирование инструмента дает особенно хорошие результаты при обработке легких сплавов (алюминий, силумин и т. д.) и мягких вязких сталей, а также пластмасс. Например, в одном случае хромирование червячных фрез для нарезания зубьев на шестернях из пластмассы (карболита) повысило их стойкость в 10 раз.
При электролитическом хромировании выделяется большое количество водорода, который поглощается хромом. Водород вызывает в хромовом покрытии внутренние напряжения, приводящие к появлению тончайших трещин и повышенной хрупкости поверхностного слоя; это явление получило название «водородной хрупкости».
Чтобы устранить водородную хрупкость, улучшить сращивание хрома с инструментальной сталью и предотвратить отслаивание хромового покрытия, следует хромированные инструменты подвергать нагреву в масляной ванне при температуре 180° в течение одного — двух часов.
Нужно учитывать, что при температуре 500° твердость хрома уже не превышает твердость термически обработанной быстрорежущей стали. Поэтому целесообразно хромировать такие инструменты, при работе которых возникают не очень высокие температуры, прежде всего чистовые и получистовые. Опыт заводов показывает, что путем хромирования удается увеличить стойкость таких режущих инструментов (сверла, развертки, протяжки, зуборезный и резьбонарезной инструмент) при работе по стали и чугуну в 2—3 раза. Хорошие результаты дает хромирование калибрующих протяжек, не только новых, но и изношенных; в этом случае путем хромирования удается восстановить первоначальные размеры инструмента.
Хромирование дает значительное повышение стойкости инструментов, изготовленных не только из быстрорежущей стали, но и из углеродистых и легированных инструментальных сталей. Это позволяет в некоторых случаях вместо быстрорежущих сталей применять более дешевые инструментальные стали; примером могут служить калибрующие (проглаживающие) протяжки, изготовляемые из углеродистой инструментальной стали с последующим хромированием.
Сульфидирование. При нагреве режущих инструментов до 550—560° в расплавленных солях, содержащих серу и циан, например смесь сернистого железа, сернокислого натрия, красной кровяной соли и др., происходит насыщение тонких поверхностных слоев инструмента серой, а также углеродом и азотом. Наличие серы уменьшает силы трения стружки и детали об инструмент, и это, вместе с протекающим одновременно слабым цианированием, должно привести к повышению его стойкости. Сульфидирование режущих инструментов дает разноречивые результаты: в одних случаях достигается повышение стойкости в 1,5—2 раза, в других оно не обнаруживается. Поэтому в заводских условиях для повышения стойкости режущих инструментов сульфидирование пока находит очень небольшое применение.