Актуальність

Нержавіючим називають сплав, який здатний тривалий час протистояти впливу хімічно активного середовища, це можуть бути і несприятливі атмосферні умови, і кислотна або лужна середа в хімічному виробництві. Останнім часом у багатьох вузлах, машинах і механізмах вуглецеві марки сталі застосовуються все рідше, а і їх поступово витісняють елементи з спеціальних сталей. Пов’язано це з тим, що звичайна сталь має певний поріг — межа, вище якої стає неможливим її використання в умовах зростаючих навантажень, наприклад, при високих температурах, тиску або ж у присутності агресивних середовищ. В цьому випадку, їх з успіхом замінюють жароміцні і стійкі нержавіючі сталі і леговані сплави з ексклюзивними властивостями, які будуть добре працювати там, де звичайна сталь не впорається.

Переваги нержавіючих сталей

Жароміцність. Жароміцним називають матеріал, який може витримати дію високих температур, не втрачаючи при цьому своєї механічної міцності. Жароміцні стали ще відносять і у групі дисперсійно що твердіють, з виділенням легуючого елемента, відмінного від основи сталі, в дрібнодисперсного формі, та його розподіл по всьому об'єму металу. Жаростійкість характеризує матеріал, який не втрачає корозійної стійкості при нагріванні. Поєднанням цих якостей володіють леговані корозійностійкі сталі. Висока міцність і в’язкість даними матеріалів відносить їх до класу важкооброблюваних, що особливо проявляється при різанні, зняттям стружки. Для цього потрібен спеціальний інструмент, режим різання, підбір МОР, і рішення інших важливих деталей.

Обробка

При порівнянні фізико-механічних якостей легованої сталі і звичайній було з’ясовано, що такі показники, як межа міцності при розтягуванні, твердість у них приблизно рівні. Але у легованих і звичайних сталей збігаються тільки механічні показники, тоді як інші якості можуть істотно відрізнятися, особливо це стосується мікроструктури, корозійної стійкості, а також здатності упрочняться при механічному впливі. Згадаймо діаграму розтягування — стиснення, добре відому з курсу опору матеріалів. Діаграма починається з ділянки пружної деформації, коли матеріал, після зняття навантаження повертається в початковий стан, не деформуючись. Збільшення навантаження приводить в зону так званої «плинності" коли матеріал починає деформуватися без значного зростання прикладеної сили. На графіку це практично горизонтальна лінія. Після чого настає різке зміцнення — і для подальшої деформації доводиться значно збільшувати силу впливу. Той самий процес відбувається і при обробці металів різанням, тільки в поверхневому шарі металу — це пов’язано зі змінами до кристалічної гратки під дією механічного навантаження. При обробці звичайної сталі таке теж характерно зміцнення легованих сталей виражена набагато сильніше. І не варто забувати відмінності в таких якостях, як теплопровідність, температура плавлення та ін., які також мають значний вплив на процес обробки.

Обробка різанням

Отже, при обробці різанням, показники зміцнення легованої сталі досить високі, що потребує значних сил. Крім того, більшість легованих сталей, особливо це стосується жароміцних, дуже пластичні, що також ускладнює обробку різанням. Показник пластичності визначається відношенням умовної межі текучості, до межі міцності. Чим менше співвідношення, тим матеріал пластичнее, тим він більш зміцнюється при механічному навантаженні. А нержавіючі сталі відносяться до высокопластичным. Крім того, є ще одна сторона пластичності, так звана «в'язкість» матеріалу. При обробці легованої сталі на токарному верстаті стружка не ламається, як наприклад, при обробці вуглецевих сталей тієї ж твердості, а в'ється довгою стрічкою. Це заподіює масу незручностей і ускладнює її оброблення в автоматичному режимі.

Друга особливість легованої сталі при обробці різанням — мала теплопровідність, що призводить до підвищення температури в робочій зоні, і вимагає оптимального підбору охолоджуючої рідини, яка крім ефективного видалення тепла, повинна полегшувати різання і запобігати наклеп. Наклеп виникає на робочій кромці ріжучої пластини, призводить до зміни геометрії різця, і в кінцевому підсумку — до його дострокового виходу з ладу. Як правило, при обробці легованих жароміцних сталей не рекомендуються високі швидкості обробки — це призводить до подорожчання деталі. Вирішити цю проблему можна, використовуючи спеціальні ріжучі пластини, призначені виключно для легованих сталей і спеціальні СОЖ.

Третя особливість — збереження міцності і твердості під впливом високих температур. Це особливо характерно для жароміцних марок сталей, що, в поєднанні з наклепом призводить до прискореного зносу ріжучого інструменту і не дозволяє використовувати високі обороти.

Четверте — наявність у складі стали твердого розчину другої фази з надзвичайно твердими інтерметалічними і карбидными сполуками, які, незважаючи на свої мікроскопічні розміри, діють на поверхню ріжучого інструменту, як абразивний матеріал. Інструмент сточується і тупиться набагато швидше, що призводить до необхідності частої переточування і правці геометрії різальних кромок. Як показує практика, коефіцієнт тертя, при обробці легованих сталей на порядок більше, ніж при обробці звичайних вуглецевих сталей.

П’яте. Низька вібростійкість виникає внаслідок нерівномірності процесів зміцнення деталі по мірі різання — оскільки процес пластичної деформації при обробці протікає по-різному, спочатку і в середині обробки. Якщо обробляється невелика за розмірами деталь, то в принципі, цим явищем можна і знехтувати. Коли ж мова йде про обробку довгою деталі — наприклад — вала, то тут вже можуть бути складності.

Оптимізація технології

Всі ці явища вимагають особливого підходу до обробки легованих сталей різанням, особливо, якщо обробка йде в повністю автоматичному режимі — наприклад, на автоматах поздовжнього точіння і верстатах з ЧПУ з автоматичною подачею прутка. Як можна знизити вплив 'негативних факторів — розглянемо на прикладі токарної обробки — як найбільш поширеною. Токарна обробка передбачає зняття шару припуску у вигляді стружки з обертається навколо своєї осі деталі. Рух різця в даному випадку відбувається за двома координатами в горизонтальній площині. Під впливом сил різання відбувається часткове зміщення кристалічної решітки виникає наклеп — поверхневе зміцнення. При цьому значна частина енергії тертя інструмента переходить в теплову. а як ми пам’ятаємо — матеріал має низьку теплопровідність. Поверхня деталі нагрівається нерівномірно, виникає вібрація, внаслідок чого негативний вплив перерахованих факторів посилюється.

Щоб інструмент не так швидко тупився, можна зменшити шар знімання припуску і подачу інструменту, а також підвищити обертів шпинделя. В результаті поверхня буде виходити з більш високим класом шорсткості. Непогано зарекомендували себе способи обробки легованих сталей із застосуванням кислоти — це дозволяє знизити ступінь виникнення таких явищ, як прискорений знос інструменту, і наклеп, проте, це надзвичайно негативно позначається на токарному обладнанні і токарів. Оптимізація обробки легованих сталей — це, насамперед, оптимальний підбір ріжучого інструменту, підвищеної стійкості, вибір оптимальних режимів різання, і правильний вибір СОЖ і її оптимальна подача.

Марки різців

Твердий сплав Т30К4, Т15К6, ВК3 володіють високою твердістю і стійкістю до зносу. Зносостійкі напайки Т5К7, Т5К110 — більш в’язки, але менш зносостійкі. І, нарешті, ВК6А, ВК8 відрізняються зниженою зносостійкістю, але підвищеною в’язкістю — вони добре зарекомендували себе при ударних навантаженнях.

Твердосплавні пластина з покриттям — TiC

Вони відрізняються високою зносостійкістю. Істотний вплив на ріжучі властивості твердосплавних пластин надають різні способи обробки таких матеріалів — наприклад, азотування та ціанування. Покриття кубічним нітридом бору — досить дороге, але володіє справді унікальними властивостями — таке покриття багаторазово підвищує твердість інструмента, його стійкість і зносостійкість.

Обробка жароміцних сталей

Застосовуються такі марки твердих сплавів як р14Ф4, Р10К5Ф5, Р9Ф5, Р9К9. Буква Р — в позначенні вказує на приналежність даного твердого сплаву до швидкорізальним. В такі сплави додають кобальт і ванадій, що істотно підвищує механічну стійкість різального інструменту. Застосування быстрорежущий сплавів дозволяє істотно прискорити обробку легованих сталей, скоротити витрату інструменту. Але у таких сплавів є і слабке місце — вони бояться перегріву. Якщо при обробці стали інструментом з такою ріжучою пластиною відбудеться перебій з подачею МОР — то інструмент в переважній більшості випадків приходить в непридатність і його доводиться або утилізувати, або напаивать нову пластину.

Застосування ЗОР

Це одна з умов обробки легованих сталей. МОР необхідні, насамперед, для запобігання передчасного зносу інструменту, поліпшення характеристик різання, отримання якіснішої поверхні оброблюваної деталі і підвищення точності обробки. Для кожного типу оброблюваної сталі, виду ріжучої пластини, підбирається своя охолоджуюча рідина, спосіб її подачі в області різання.

Найбільш ефективним вважається такий метод, який сприяє максимальному відведення тепла із зони різання. Тут добре себе зарекомендували — високонапірна подача СОЖ переважно на задню поверхню робочої пластини різального інструменту, розпорошення СОЖ і досить рідко зустрічається, в основному на оборонних підприємствах — охолодження вуглекислотою.

Вибір способу охолодження

Залежить від умов обробки і технологічних можливостей устаткування. Найбільш поширене высоконапорное охолодження — воно може застосовуватися при токарній обробці, фрезерної багатоінструментальною, при шліфуванні, та ін. Такий спосіб характерний для багатьох виробників обладнання, як вітчизняних, так і зарубіжних. Рідина подається розпиленням точно в області різання. При контакті з нагрітим металом вона швидко випаровується, забираючи тепло і ефективно охолоджуючи робочу поверхню. До недоліків описаного методу можна віднести високі втрати СОЖ. Застосування даного методу дозволяє збільшити період стійкості інструменту майже в 6 разів — природно це відбивається на вартості деталі в кінцевому підсумку.

Більш ефективним є одночасна подача СОЖ в область різання і в область утворення стружки, однак, технічно це не завжди буває можливо — може зажадати доробок технологічного обладнання. Даний спосіб охолодження підходить для середньосерійного і дрібносерійного виробництва.

Самий ефективний, з точки зору відведення тепла із зони обробки, є звичайно ж охолодження вуглекислотою, при якому температура в області різання становить близько мінус 79 °C. Однак даний спосіб найбільш дорогий, застосовний тільки в одиничному виробництві. Використовується, як правило, в оборонній промисловості, при виготовленні невеликих партій високоточних відповідальних деталей, які виготовляються з легованих сталей із спеціальними властивостями.

Основні вимоги до обробки

Для обробки легованих сталей сам верстат і система СНІД (верстат — пристосування — інструмент — деталь) повинні володіти рядом якостей. Це, перш за все підвищена жорсткість всієї системи. Адже леговані сталі при обробці здатні викликати вібрацію, яка передається всій системі. При низької жорсткості системи СНІД це може призвести до браку і підвищеного зносу інструменту. По-друге, система повинна бути розрахована на значні механічні навантаження, що виникають в процесі обробки, а вони набагато вище, ніж при обробці чорних металів. Третє — мінімальні люфти у вузлах і механізмах металообробного обладнання.

Електродвигун повинен мати значний запас міцності, оскільки обробка легованих сталей передбачає підвищені навантаження. З цієї ж причини необхідно перед початком обробки сталі перевірити стан клинопасової передачі, стану ременів і самих шківів. Пристосування та інструменти повинні бути по можливості максимально жорсткими і короткими, щоб зменшити вплив сил різання на кінцевий результат.

Альтернативні напрями

Оптимізувати обробку легованих сталей, можна за рахунок використання ультразвукових коливань, слабких струмів, попереднього підігріву деталей — але ці способи всі дуже дорогі, вимагають спеціального додаткового обладнання і застосовується рідко. Найчастіше на практиці використовуються спеціальні кислоти. Іноді досвідчені токарі використовують звичайний лук, а вірніше його сік, який, як це не дивно, помітно покращує чистоту поверхні деталі, полегшує процес різання і збільшує термін служби інструменту.

Купити, ціна

На складі Evek GmbH в наявності різноманітний асортимент нержавіючого прокату. Ми цінуємо час своїх клієнтів, тому завжди готові допомогти з оптимальним вибором. До ваших послуг досвідчені менеджери-консультанти. Якість продукції гарантується суворим дотриманням норм виробництва. Терміни виконання замовлень мінімальні. Оптові покупці отримують пільгові знижки.