Специальные способы улучшения режущих свойств инструментальных сталей I
В настоящее время в практике инструментального производства широко применяются различные специальные способы улучшения режущих свойств инструментов, изготовленных из инструментальных сталей, главным образом быстрорежущих. Эти способы основаны на том, что после окончания надлежащей термической обработки инструмента оказывается дополнительное воздействие на свойства стали.
Все способы улучшения режущих свойств инструментальных сталей целесообразно разделить в зависимости от их принципиальной основы на две группы.
К первой группе можно отнести следующие способы.
Обработка инструмента при температурах ниже нуля (обработка холодом). Чтобы лучше уяснить сущность этого способа повышения режущих свойств, следует несколько остановиться на превращениях, которые происходят в быстрорежущей стали при ее термической обработке. Правильно термообработанная быстрорежущая сталь должна состоять из мартенсита мелкоигольчатого строения и равномерно распределенных в нем зерен карбидов легирующих элементов.
Мартенсит — это очень твердая структурная составляющая закаленной стали, которая образуется при резком охлаждении аустенита (структуру аустенита сталь имеет в состоянии нагрева под закалку). При закалке быстрорежущей стали в мартенсит переходит не весь аустенит, часть его сохраняется. Количество так называемого остаточного аустенита может доходить до 30— 35%.
Аустенит имеет значительно меньшую твердость и меньшую теплопроводность, чем мартенсит, и поэтому ухудшает режущие свойства стали. При отпуске закаленной стали остаточный аустенит переводится в мартенсит, однако небольшое количество его (3—4%, а иногда и больше) все же сохраняется. Почти полный переход остаточного аустенита в мартенсит и некоторое улучшение свойств последнего достигаются в результате обработки инструмента при температурах ниже нуля, которая получила также название обработки холодом.
Эта обработка заключается в охлаждении закаленных инструментов до температуры минус 75—80° и выдержке при такой температуре в течение 1 часа. Она осуществляется в специальных холодильных установках или при помощи жидких носителей холода; например, при растворении твердой углекислоты (так называемого сухого льда) в бензине температура жидкости составляет минус 78°.
Необходимо отметить определенные расхождения в оценке результатов, достигаемых при обработке режущих инструментов холодом: в ряде случаев наблюдается увеличение стойкости, а в других случаях преимущества не обнаруживаются. Причины таких расхождений не трудно объяснить. Очевидно, чем выше уровень техники изготовления инструментов, тщательнее соблюдение наивыгоднейших режимов термической обработки, тем меньше выгод дает дополнительная обработка холодом. И, наоборот, при недостаточно высокой культуре инструментального производства обработка холодом является надежным средством предотвращения скрытого брака при термической обработке инструментов и улучшения их режущих свойств.
Применение обработки холодом можно рекомендовать при массовом производстве инструментов. Хотя в этом случае режущие свойства заметно не улучшаются, преимуществом обработки холодом является возможность сокращения числа отпусков с трех до одного.
В качестве одного из способов устранения указанных дефектов было предложено травление заточенных режущих инструментов в кислотах, получившее также название химической обработки; она заключается в том, что, погружая инструмент в смесь медного купороса, серной кислоты, азотной кислоты и воды на 10—15 мин., с его поверхности удаляют небольшой слой (0,005—0,02 мм) отпущенного металла. Неповрежденный металл стравливается значительно труднее. Перед травлением инструмент обезжиривают (в бензине или денатурате), а после травления тщательно промывают.
Удаление поврежденного слоя с рабочих поверхностей режущих инструментов способствует заметному повышению стойкости (на 30—50%), а также уменьшению налипания металла. Достигаемое увеличение стойкости тем больше, чем труднее условия работы инструмента, в частности, чем выше твердость обрабатываемого металла. Следует учитывать, что в результате травления размеры инструмента несколько уменьшаются. Поэтому чистовые инструменты с жестким допуском на изготовление (метчики, развертки и т. п.), а также инструменты, которые изготовлены по минимальным размерам и, следовательно, не имеют запаса на травление, подвергать химической обработке нельзя.
Так как осуществление химической обработки инструментов в производственных условиях сопряжено с известными затруднениями, она в настоящее время применяется редко.
Для устранения напряжений, возникающих в поверхностных слоях инструментов после заточки, недавно был предложен очень простой способ; он состоит в том, что после каждой заточки инструмент подвергается дополнительному отпуску: нагревается до 400—550°, выдерживается в печи в течение 0,5—1 часа и затем охлаждается на воздухе. В результате такого отпуска наряду со снятием шлифовочных напряжений происходит дополнительный переход остаточного аустенита в мартенсит, а также образование тонких пленок окислов, уменьшающих слипание рабочих поверхностей инструмента с обрабатываемым металлом. Все это способствует повышению стойкости инструмента.