автореферат диссертации по обработке конструкционных материалов в машиностроении, 05.03.01, диссертация на тему:Повышение производительности механообработки при применении сталей, образующих самовосстанавливающиеся защитные пленки на режущих поверхностях инструмента

1-,

Московский ордена Ленина, ордена Октябрьской революции и ордена Трудового Красного Знамени государственные технический университет им. Н.Э.Баумана

На правах рукописи КОВАЛЕНКО Серге!» Ефимович

ПОВЫШЕНИЕ ПРОИЗВОДОГЕЛЬНЗСТИ МЕХАНООБРАБОТКИ ПРИ ПРИМЕНЕНИИ СТАЛЕЙ, ОБРАЗУЮЩИХ САМОВОССТАНШИВДОЦИЕСЯ ЗАЩИТНЫЕ ПЛЕНКИ НА РЕ2УЩИХ ПОВЕРХНОСТЯХ ИНСТРУМЕНТА

05.03.01.- Процессы механической и физико-технической обработки, станки и инструменты

Автореферат

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Москва — 1992

Работа выполнена в Московском государственном техническом университете имени Н.Э.Баумана

Научный руководитель: -кандидат технических наук,

доцент ПОКРОВСКИЙ В.П.

Официальные оппоненты: -доктор технических наук,

профессор СГИШЕВ A.B. -кандидат технических наук, с.н.с. АНДРЕЕВ В.Н. .

Ведущая организация - Московский инструментальный завод

Защита состоится

г. на заседании

специализированного совета К C53.I5.I5 в Московском ордена Ленина, ордена Октябрьской Революции и ордена Трудового Красного знамени государственном техническом университете имени К.Э.Баумана по адресу: Москва, 107005, 2-я Бауманская уп., д. 5, МГТУ им. Баумана.

Ваш отзыв на автореферат в одной экземпляре, заверенный печатью, просим выслать по указанному адресу.

С диссертацией мо*но ознакомиться в библиотеке М11У. Телефон для справок: 2бЭ-€5-«14

Автореферат разослан "2£> -¿Н'^^ИоэЛт,

УЧЕНЫ»! СЕКРЕТАРЬ

■ ОПЕЩШЗЛРиВЖ-ЮГО ССБ31А Ь.» РЖШ&ЖКОВ

к,т.н. .доцент Л/^и^ч ^

Подписано к печати //'• Объем / С Тира« J ¿с'

заказ ¿,'Xl ' Типография МГТУ им.Н.Э.Баумпн;

. '■Актуальность проблемы!: Развитие машиностроения наряду с увеличением объема производства стимулировало внедрение новых, а танке расширение использования традиционных материалов, но с улучшенными технологическими свойствами. В то же время формообразование функциональных поверхностей деталей машин в подавляющем большинство по-прежнему осуществляется с помощью резания, иго ведет к постоянному обновлению и расширении многочисленного парка металлорежущих станков, в т.ч. с числовым программным управлением, а также автоматических линий.

ВакнеГяшм условием повышения эффективности использования этого современного высокопроизводительного оборудования является повышение эффективности и надежности работы режущего инструмента. Для достижения этой цели существует целый ряд ыер, которые обычно требуют дополнительных капиталовложений, норедко трудно реализуемы или весьма трудоемки.

В то же время известно, чго существенному повышению стойкости и, как следствие, надежности работы Рй способствуют применение сталей улучшенной обрабатываемости, образующих при их обработке резанием пленкообраэный защитный слой на контактных поверхностях режущего инструмента, замедляющий его износ.

Установлено, что этот эффект достигается за счет изменения технологии выплавки или раскисления стали, введения специальных присадок при сохранении или незначительном изменении ее физико-механических свойств. К таким сталям относятся автоматные и, в первую очередь, кальцийсодержащие стали, имеющие ряд преимуществ по сравнению с другими сталями улучшенной обрабатываемости резанием (сернистыми, свинцовистыми, теллур-, бор- и висмутсодержащими), что и определило огромный интерес к ним во всем мире.

Однако до настоящего времени нет единой точки зрения на механизм улучшения обрабатываемости кальциевых и других сталей повышенной обрабатываемости резанием, в том числе коррози-онностойких и жаропрочных, отсутствуют научно обоснованные рекомендации по их рациональному использованию, применению инструментальных материалов для их эффективной обработки. Решением этих задач и определяется актуальность данной работы.

Цель и задачи работы. Целью работы является изучение физических основ влияния различных кальций- и барийсодержвщих раскисляющих лигатур на контактно-деформационные и тепловые

процессы в зоне резания, износ и эксплуатационные характеристики твердосплавных резцов при точении различных типов сталей, раскисленных данными щелочноземельными элементами (ЩЗМ); установление основных положений механизма образования и регенерации сешвосстанавливащихся защитных пленок (ЗШ, способствующих улучшению обрабатываемости резанием вышеупомянутых сталей; определение оптимальной степени их микролегирования ЩМЗ элементами с г.з. наилучшей обрабатываемости резанием и выработка рекомендаций металлургам по созданию новых аналогичных конструкционных материалов.

Методы исследования. Исследования проводились в лабораторных и производственных условиях по одно- и шогофакторным схемам планирования экспериментов с применением современной контрольно-измерительной аппаратуры, оптических, металлографических и растровых электронных микроскопов, систем для проведения микрорентгеноспектрального анализа, оптико-электронной системы термовидения, а также профилографов, профиломет-ров и т.п.

Научная новизна работы.

- теоретически обоснована и практически подтверждена гипотеза улучшения обрабатываемости сталей, раскисленных ЩЗМзлемен-теми - кальцием и барием, заключающаяся в образовании на ревущих поверхностях инструмента многослойных саыовосстанав-ливающихся защитных пленок, предохраняющих его от различных видов износа;

- по результатам изучения механизма улучшения обрабатываемости представлены рекомендации металлургам по рациональному раскислении и мккролегированию конструкционных сталей элементами, улучшающими обрабатываемость резанием, на основании которых созданы несколько типов сталей с улучшенной обрабатываемостью резанием;

- доказана большая эффективность кальция как элемента, улучшающего условия резания по сравнение с серой, предложена зависимость, определяющая примерное соотношение их влияния на интегральный эффект улучшения обрабатываемости твердосплавным металлорежущим инструментом;- предложена экспресс-методика определения рациональных режимов резания с точки зрения наибольшей стойкости режущего инструмента, а также приводятся научно-обоснованные релашы резания кадьцийсодержащей стали АЩ2Х1Ш10Т;

.г

- предложена и опробована в ходе экспериментов новая конструкция сборного твердосплавного токарного резца, отличающегося от аналогов повышенной жесткостью и технологичностью крепежного узла.

Практическая ценность. Использование предложенных в работе рекомендаций по режимам механической обработки и применению инструментальных материалов для их обработки позволит без дополнительных капитальных затрат увеличить производительность лезвийных методов обработки не менее, чем на 10-15$ при одновременном снижении расхода твердосплавного инструмента в 1,2-1,5 раза, снижение энергопотребления на 10-2555.

Практическое использование положений данной работы позволило создать новые стали с улучшенной обрабатываемостью резанием, которые образуют самовосстанавливающиеся многослойные ЗП на контактных поверхностях Ш при их раскислении соединениями щзм.

Результаты исследований прошли промышленную апробацию и внедрен» на Волжском механическом заводе (г.Волжский) и ПО "Темп" г.Черкассы. Общий подтвержденный экономический эффект составил 53.205 руб. в ценах 1990-91 гг.

Апробация работы и публикации.Основные результаты диссертационной работы докладывались и обсуждались на Всесоюзных научно-технических конференциях "Интенсификация производства и качества машиностроительной продукции за счет применения конструкционных сталей с улучшенными технологическими свойствами" - г.Челябинск, 1987 г., "Проблемы и перспективы автоматизации производства" - г.Пермь, 1990 г., на Всесоюзном научно-техническом семинаре "Опыт восстановления нефтеперерабатывающего и нефтехимического оборудования" - г.Киев, 1990 г. Работа неоднократно обсуждалась на научных семинарах кафедры "Процессы и инструментальные системы механической и физико-химической обработки" - ЫГГУ им.Н.Э.Баумана. По результатам исследований опубликовано 5 печатных работ.

Автор благодарит д.т.н. Заславского А.Я., с.к.с. Филимонова С.Г., м.с. Лузину Д.П. за большую помощь в работе, а также выражает признательность к.т.н. Давиду У.Р., к.т.н. Свешниковой Г.А., к.т.н. Есову В.Б., Львову А.М., Гороховскому Г.Г., Иванову В.И., Ыихайлюку H.A. за оказанное содействие в проведении экспериментов.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введе-

кия, пяти глав, общих выводов, списка использованных источников и приложения. Работа изложена на 277 страницах и содержит 157 страниц машинописного текста, 95 рисунков, 14 таблиц, список литературы из 154 наименований.

В первой главе показано, что стали, раскисленные соединениями ЩЗЫ, как прааило, имеют улучшенную обрабатываемость резанием, благодаря способности генерировать ЭП на контактных поверхностях HI. Указывается, что добавки чистого кальция и бария не ухуддают показатели механических и вязких свойств, положительно влияют на некоторые другие эксплуатационно-технологические свойства. Лнализируются НМ8 на основные процессы в зоне резания и основные показатели обрабатываемости резанием. Обращается внимание на низкую растворимость ЩЗЦ в жидком железе и перечисляются элементы, повышающие остаточное содержание Са » стали.

Показано, что до настоящего времени нет единого мнения о механизме образования и самовосстановления защитных отложений на РИ и о механизме улучшения обрабатываемости исследуемых сталей в целом. Отсутствуют научно обоснованные рекомендации по назначению рациональных режимов резания и выбору инструментального материала для обработки этих сталей, а также по правильному применении различных типов исследуемых сталей и по рациональной степени их микролегирования для достижения максимального улучшения обрабатываемости резанием.

Указывается на отсутствие данных о влиянии Ва на процессы в зоне резания, а также на общую обрабатываемость сталей, раскисленных с его помощью. '

Сделан вывод о необходимости дальнейшего более полного и t _ системного изучения данных вопросов, исходя из цели работы сформулированы задачи настоящего исследования.

Во второй главе изложены основные методические положения экспериментальных исследований. В качестве обрабатываемого материала были выбраны заготовки из круглого проката 24-х лабораторных и 4-х опытно-промышленных плавок сталей типа 30X13 и 12Х18Н10Г, которые отличаются только условиями раскисления и, как следствие - содержанием микролегирующих элементов. В качестве расиислителей использованы сидикокальций, кальси-бар, ферросилиций и алшиний. Содержание элементов, улучшающих обрабатываемость резанием, варьировалось в следшцих пределе*: Са * 0,001-0,010%, 6 - 0,009-0,280$, Ва не более

0,0015-0,002$.

Заготовки подвергались термообработке - закалке с Ю00°С в масло, отжиг до 600°С - для сталей типа 30X13; прокат из сталей типа I2XI8HIQT не термообрабатьтался.

В экспериментах использовались твердые сплавы: HC22I, MCI46, TI5K6, T5KI0, ВК8, в т.ч. с износостойкими покрытиями из TIC ,Ti.tJ.

Точение производилось резацами токарными сборными проходными CTGlPR 2525MI5 с пластиной №01311-160308, РС1Ы К 252аМ12 -- №120408-05114, ВНШ-АР348-№05114-120408. В ходе экспериментов конструкция крепежного узла державки АР848 была усовершенствована с целью увеличения его жесткости и технологичности. Все опорные поверхности, в т.ч. подпластину, тщательно вышлифовывались. Эксперименты проводились на станках IM63, IK62 и I6K20-53.

Составляющие силы резания фиксировались с помощью универсального динамометра УДЫ-600, усилителя и шлейфового осциллографа HII7 на светочувствительную бумагу У5-67.

Температуры резания измерялись с помощью естественной термопары, а также бесконтактным способом - с помощью оптико-электронной системы измерения температуры "TheraoviS,tori-880" шведской фирмы АС,СМД , которая содержит комплекс вычислительной аппаратура "TJJC. -800" и средства программного обеспечения да я анализа термограмм. Погрешность измерения оптической термоизмерительной аппаратуры +1,5$.

При исследованиях влияния НШ на контактно-деформационные процессы в зоне резания применялась оригинальная методика, отличающаяся предельной простотой получения корня стружки. Она заключается в образовании на режущей твердосплавной пластине специальных надрезов с помощью электроэррозионного проволочного стана или отрезного абразивного круга, глубина которых подбирается экспериментально из условия сохранения ее работоспособности в течение выбранного Вами промежутка времени и выхода процессов в зоне резания на установившийся режим. При атом очевидно, что данный способ обладает минимально возможной инерционностью, стремящейся к времени скола пластины, а также другим преимуществом - сколотая верш-на резца очень часто остается п зоне резания, что максимально приближает объект исследования к реальным условиям.

Корни стружек вырезались с помощью электроэрроаиокно-го оборудования, помещались в латунные обоймы и заливались эпоксидной смолой, затем шлифовались и полировались по известным методикам.

После химического травления микрошлифы корней стружек фотографировались на металлографическом микроскопе Vio-fe -21". Микротвердость деформированного металла измерялась на приборе "М-400" фирмы "Леко". Микрорентгеноспектраль-ный анализ ШВ, ЗП и т.д. осуществлялся на системах "CAMS-Ш", "Cam«.îA -MS-46", LIN Щ2.Ш и ANI00Q0.

Износ резцов измерялся и фотографировался с помощью оптического инструментального микроскопа УИЫ-23. Шероховатость обработанной поверхности и профиль ЗП измерялись с помощью профилографа-профилоыетра модели 252.

В третьей главе проведен теоретический анализ влияния ШЗ на основные показатели обрабатываемости металлов резанием и, в частности, на тепловыделение и температуры в зоне резания. В зоне пластических деформаций происходит поглощение тепла на размягчение к расплавление части наиболее легкоплавких ШВ. В зоне внешнего трения - снижение температур за счет уменьшения коэффициента трения и теплоизолирующей функции ЗП на контактных поверхностях РЛ за счет значительно более низкой теплопроводности неметаллов по сравнении с обрабатываемым материалом. Все это на несколько десятков мкм отодвигает зону максимальных температур от режущей кромки. Более того, кальцийсодержшцие и другие легкоплавкие НЫВ, являясь концентраторами надлома, способствуют более стабильному стружкодроблеяш и уносу значительной части тепла отламывающимися элементами стружки. Делается вывод, что в общей сложности снижение температур резания при точении исследуемых сталей должно составить не менее Q-I03» и прямо зависеть от количества полаших ъ зону резания пластичных и легкоплавких ШВ-й, При этом, на основе литературных данных, а также исходя из собственных экспериментальных исследований» указывается, что абсолютные значения температур резания остаются достаточно высокими, особенно при обработке высоколегированных сталей, когда температуры часто превыюа-

ют 800°С. Этого вполне достаточно для потери большинством НЫВ абразивных свойств и даже размягчения части из них.

Во втором разделе третьей главы излагается механизм и приводится схема образования и самовосстановления .ЗП (см. рис.1).

При этом отмечается вклад Н.В.Талантова, А.Я.Заславского, Ы.Й.Шевченко, М.В.Гордона, В.Б.Есова, А.И.Курченко, Ю.В.Виллима и многих других отечественных и зарубежных исследователей в изучение излагаемых вопросов и предлагается собственная трактовка автора по некоторым из них. В частности, обращается внимание на важную роль различных окислов железа, способных под дейс твием высоких температур резания образовывать более сложные соединения типа Х(СаО)•У(РвцОм), ХСРе0)'У(Т1г)0д, (Fe, Мп)0'(Га,МЬ)г05 и т.п., как правило, находящиеся в основании защитных отложений.

В свою очередь, несоответствие или существенное различив параметров кристаллической решетки может привести к вытеснении или замене некоторых соединений в составе ЗП. При этом каждый из.слоев пленки является как бы компенсатором некоторого различия параметров выше- и нижележащего слоя.

Указывается, что наиболее вероятно взаимодействие НЫВ с твердым сплавом по цепочкам, отмеченным темной и светлой стрелкой на рис.1 с возможными ответствлениями в правой и левой его части. На поверхности ЗП, как правило, находятся оксисульфидкые пленки, содержащие большое количество Ca, М^, Ып» Fé . S , S¿ , №-, Gt и т.д. Обращается внимание на ыногослойность ЗП и их способность к самовосстановлении в течение всего периода работы твердосплавного РИ, содержащего или покрытого TLC, ТаС, MtC, Tibí

Отмечается, что источником или причиной образования окислов железа может быть как сам металл, так и атмосферный воздух. Указывается на способность FeO и FejOj частично или полностью замещаться подобными окислами - соответственно СаО, Н^О, MnO, Ti-О и &íOj, А\0г в соединениях, участвующих в улучшении обрабатываемости резанием исследуемых ста-

лей. При этом акцентируется внимание на то, что окислы железа обычно имеют черный цвет, а их область устойчивости (560-1370°С) совпадает с диапазоном рабочих температур резания при работе твердосплавным инструментом.

В третьем разделе из уравнения теплового баланса выводится формула для расчета максимальной толщины ЗП:

L _ УрщчСимСГим-Тт) .

Ч —* ZT3-7-~ ~г---Г, » чО. 1}

SprC^+Cn(Tr-Ton)3

где , рп - соответственно, плотности инструментально-

J го материала и пленки;

Сим, Сп - их удельные теплоемкости; V - объем твердого сплава; Ь,S - толщина и площадь ЗП; Тим I Т-гДоп ~ соответственно температуры инструментального материала, текучести НМВ и исходная температура НЫВ.

Показано, что различие в толщинах сульфидных и окисных защит-. ных пленок малосущественно, что нельзя сказать о прочности их соединения с РИ. Для расчета прочности адгезионных связей'ЗП с твердым сплавом используется плоская модель, предложенная A.C. Фрейдшсым и Р. А. Ту русо Bin.',, состоящая из К + I слоев адгезива высостой hj, и П пограничных слоев высотой . К тор-

цам крайних слоев приложено внешнее усилие Р(рис.2). Из условия равновесия К-го элемента системы - , получаем:

-Я^кв* ЗГ^З^О. (3.2)

Отсюда получаем дифференциальное уравнение равновесия К-го элемента: AbS s

Хк-Ък+х ~ К-0Д,..,П (3.3)

Дифференцируя (3.3) и проведя простые математические подстановки и преобразования, получаем систему уравнений для определения усилия Nk. 1 действующего на единицу ширины модели, в каждом из Г) слоев:

АгЫ0

ГчГ,

ЕЛ,

Гт;с_,_та,с , ИдсТ] пн

■¿у

ЗЕ

Го30ч - ^оТ] + [Го0~]— _.

ГеО'ТШ1,геко.,

РОМЗ. !

Рв»0а'Т£О ро::б.; Ре*Р,'СаО,тетр. ;

РеО- Ыв,Огроиб.; (ре,Ип)0-иВг0г, ромбическая; (Рв,Ы11)0'(Та,ив)г05 ромбическая;

(Ре,Ып)0-Тал0;, роибичесхая.

-с

Ре А,

часто с

примесью

окислов,

содер:газ(.

Саи «¿-гене., ^-ьубич.

кубическая; гГеО-Т^О,, кубическая;

кубическая.

И

СаЗ, Нй5, й^ и некоторые другие сульфвды и хлорида, гре имуцествишо о кубической структурой кристаллической реиоткк

СаОЛФРеО СаО-Т£Ог

кубическая кубическая

Одно из окисных ШВ, содержащих Са, Мп, Ге, (Ва ),

Рис. 1 Схема образования и самовосстановления защитных пленок на контактных поверхностях твердосплавного инструмента.

У

I 2

Ц \ £

о

о

1

Р Л

_ 1..

<Ак

,у

Рис. 2 Напряженно-деформационное состояние адгезионного соединения.

lEnVi«

■» l

(3.4) ■

где - обощенная деформация К-того слоя;

Е^ и Q к ~ соответственно модули упругости и сдвига К-го

шение зтой системы с применением ЗВМ в настоящее время не представляет принципиальных трудностей и в силу достаточной громоздкости автором опущено- Если не зависит от X, по-

лучаем решение для слоев 0 и 2:

Но « А< + АгС^Х-* (3>5)

где и 6; - константы, а Э, и Бг - корни характеристического уравнения системы.

Расчеты показывают, что для сдвига окисных пленок требуется усилие примерно на порядок больше, чем для сдвига таких же сульфидных пленок.

В четвертом разделе показывается, что наличие окисно-сульфидных ЗД иа границе раздела обрабатываемый материал-твердый сплав существенно снижает коэффициент трения, что, в свою очередь, благоприятно сказывается на снижении составляющих силы резания. Кроме того, на снижение усилия резания положительно влияет и более глобуаярная форма НЫВ в сталях, раскисленных соединениями Щ241. Действительно, при одинаковой прижимающей силе и одинаковой опорной поверхности НМВ, сопротивление набегающим слоям обрабатываемого металла будет меньше у ШШ глобулярной или близкой к ней формы.

В пятом разделе анализируется влияние самовосстанавливающихся ЗП на характер износа металлорежущего инструмента. Высказывается предположение, что снижение температурных и силовых нагрузок на РИ, а также образование защитных отложений, вызовет заметное увеличение стойкости № за счет снижения адгезионного, диффузионного и окислительного износа. Снижение абразивного износа твердосплавного инструмента происходит благодаря способности большинства 1ШВ в исследуемых сталях терять сбои абразивные свойства при более низких температурах, чей НМВ в обачшх сталях. Делается вывод, «то дня сниже-

"^к. --------------~

слоя.

При заданных граничных условиях

1С

яия износа РИ необходимо:

1. Максимально приблизить твердость 1ШВ к твердости металлической матрицы.

2. Снизить температуру текучести или размягчения НМВ до уровня средних температур в зоне резания при обработке данного типа сталей.

3. Придать включением форму максимально приближенную к глобулярной, что также повысит и их механические свойства.

В четвертой главе содержатся результаты экспериментов по изучению влияния НМВ на основные показатели обрабатываемости резанием.

В первом разделе анализируется форма, состав, и особенности распределения НМВ в сталях типа 30X13, и 12Х1Ш10Т при различных способах раскисления. Установлено, что Ca и Ва способствуют глобуляризации большей части окисных и сульфидных НМВ в кальцийсодержащих сталях. При этом окисные включения часто становятся более пластичными, легкоплавкими и, как правило, теряют абразивные свойства. Подтверждено, что Hv и Ва повышают остаточное содержание кальция в стали. Кроме того, Ва способствует также измельчению и более равномерному распределению НМВ по слитку. В то ае время, его остаточное содержание в стали не превышает 0,001-0,0015$.

Во второй разделе исследованы механические свойства испытуемых сталей. Установлено слабое влияние изученных добавок серы, кальция, бария на механические свойства нержавеющих сталей аустенитного и мартенситного классов. Испытание их механических свойств показали их полное соответствие требованиям ГОСТ 5949-75 к аналогичным серийным высоколегированным сталям.

В третьем и пятом разделах исследовалось влияние НМВ на динамические характеристики процесса резания - силы и температуры резания. Установлено, что снижение составляющих сил и температур резания при обработке кальцевых сталей типа 30X13 и 12Х1ШЮТ с нормальным содержанием серы (HCG) составило максимально 8-12% so всем исследованном диапазоне режимных параметров, длд высококал ьциевых соответственно - I2-I5jS, при этом снижение пропорционально содержании Ca в металле. Для сталей с повышенным содержанием серы (ПСС) снижение составило от 15-20 до 28-30,5 и зависит, главны?! образом, от содержания последней и в меньшей степени от Ca и Ва.

Б четвертом разделе исследованы контактные процессы в зоне резания исследуемых сталей. Подтверждена неметаллическая и многослойная природа ЗП с различным химсоставом и прочностью слоев, подложной для которых служат различные окислы железа с примесью титана, кальция и т.д. Установлено наличие в вышележащих слоях защитных отложений Са, М^ , Ып, , 5 ,А1 , а также установлена способность ЗП к самовосстановлению на всем протяжении периода стойкости РИ, содержащего карбида титана, тантала, ниобия или нитрид титана.

Б шестом разделе изучено влияние ШВ на особенности износа контактных поверхностей резцов, в т.ч. с износостойкими покрытиями. Предложены обобщенные формулы для расчета стойкости твердосплавных резцов марок ЫС221, ЫС2210, ВК8 в диапазоне скоростей резания 1,0-3,75 м/с. Установлено повышение стойкости твердосплавных резцов МС221 и ЫС2210 при точении кальциевой аустенитаой стали АД12Х.16Н10Т (ПСС) в 1,2-3,5 раза (в различных скоростных диапазонах) по сравнению с обычной или базовой сталью С 3 и 0,21 мм/об; ~Ь «* 2 мм; 45* * 1,0-3,75м/с).

Седьмой раздел посвящен влиянию микролегирующих элементов на шероховатость обработанной поверхности. Анализ полученных данных показал, что качество обработанных поверхностей сталей, раскисленных , Ге£{ +АС. , СаВавС , в т.ч.

с повышенным содержанием серы, отличаются незначительно - в пределах 1-2 разрядов одного класса. При этом кальциевые стали с г'Х и, особенно, раскисленные СаВа51 , часто незначительно превосходят обычные стали по этому показателю.

Восьмой раздел посвящен слиянию НМВ на характер струкко-дробления. Установлено, что НМВ', характерные для кальциевых сталей, типа АЦ30Х13 и АЦ12Х18Н10Г существенно расширяют, а также несколько сдвигают в зону более высоких скоростей область устойчивого стружкодробления по сравнении с аналогичной базовой сталью. При отом совместное микролегирорание серой и кальцием, а также серой, кальцием и барием более эффективно по сравнении с микродобавками только Са.

В пятой главе предложена экспресс-методика определения области рациональных режимов резания с точки зрения наибольшей стойкости РИ. Суть методики заключается в том, что при данных рет.к.чах исследуемые стали образуют на контактных поверхностях Рй максимальные по площади и высоте ЗП (исключая ' области устойчивого наростообрйзования). 'С

Рис.3 Распределение элементов в характеристическом излучении в запретной пленке на передней поверхности резца 1402210 после 12 шнут резания кальциевой стали:

а - типа'.Щ12Х1Ш10Т, пл. 44214,V» 1,5 м/с,5=» 0,21ш/об; <5 - типа АЦ30Х13, ш. 53477,V- 1,5 и/а,$-> О.гХ^/об.^ми.

Предложена и опробована в ходе экспериментов новая конструкция сборного твердосплавного токарного резца, отличающаяся повышенной жесткостью и технологичностью крепежного узла.

Приводятся рекомендации металлургам по рациональному ыик-ролегированию конструкционных сталей. Для достижения максимального улучшения обрабатываемости следует стремиться к максимально возможному остаточному содержанию Са, Ва отнесен к элементам, безусловно улучшающим условия резания, особенно совместно с кальцием и серой. При введении серы следует стремиться к разумному компромиссу между эксплуатационными свойствами сталей и их высокой обрабатываемостью резанием. По результатам данной работы специалистами НИШ и Челябинского меткомби-ната выплавлены и поставлены потребителю несколько новых типов сталей с улучшенной обрабатываемостью резанием. Внедрение данных сталей и режимов их мехобработки на Волжском механическом заводе и ПО "Темп" (г.Черкассы) дало подтвержденный годовой экономический эффект 53.205 рублей в ценах 1991 г.

оещие вывода

1. Теоретически обоснована и экспериментально подтверждена гипотеза улучшения обрабатываемости сталей, раскисленных соединениями щелочно-зеыельных металлов - кальция и бария, заключающаяся в образовании на контактных поверхностях инструмента многослойных защитных пленок (ЗП), предохраняюсь его

от различных видов износа.

2. Подтверждена неметаллическая и многослойная природа ЗП с различным химсоставом и прочностью слоев, подложкой для которых служат раэличныеокислы железа с примесью соединения титана, кальция и т.д. Установлено наличие в вышележащее слоях занятных отложений следушцих элементов - Са, Mg , Vx, Si » S

At , CC, Fe , а также установлена способность ЗП к самовосстановлении на всем протяжении периода стойкости ревучего инструмента, содержащего TIC, ТаС, W&C. и TL$J.

3. Теоретически и экспериментально определено влияние неметаллических включений (НЫВ), содержащих щелочно-зеыельные металлы (ЩЗШ на саду, температуры резания и характер струн-кодробления. Показано, что при- точении кальцийсодеркащих сталей с нормальным содержанием серы, составляйте силы резани» и температуры сиккавтся на 0-15% и несколько расширяется,

сдвигаясь в зону более интенсивных скоростей резания, область устойчивого стружкодробления. При точении высокосернистых кальциевых сталей силы и температуры снижаются до 25-30$, а область устойчивого стружкодробления расширяется почти на весь диапазон реально применяемых подач и скоростей резания.

4. Предложена методика расчета толщины ЗЛ и прочности их соединения с контактными поверхностями режущего инструмента, на основании которой показано, что кальциевые и др. пластичные и легкоплавкие окисные соединения с кубической кристаллической решеткой образуют примерно на порядок более прочные пленки по сравнению с соединениями серы, снижая адгезионный, диффузионный, абразивный и окислительный износ. При этом соотношение интегральных эффектов улучшения обрабатываемости может быть представлено выражением:

0,00® Ca % 0,1% S

5. Доказана безусловно положительная роль бария в улучшении обрабатываемости различных сталей, а также подтверждено его благоприятное влияние на измельчение и глобуляризацию НМВ, придание им большей пластичности и легкоплавкости за счет повышения в его присутствии остаточного содержания в металле кальция.

6. Предложена рабочая гипотеза, объясняющая повышение стойкости резцов в 1,2-3,5 раза при точении сталей, раскисленных соединениями И|ЛЗ. Проведено экспериментальное подтверждение гипотезы с помощью наиболее современного исследовательского оборудования. Определены особенности износа контактных поверхностей резцов, э т.ч. с износостойкими покрытиями из TtlJ

и Т; С , а также тредложены обощешше формулы для расчета стойкости твердосплавных резцов марок UC221, KC22I0, ВК8 в диапазоне скороотей резания - 1,0-3,75 м/с. и рекомендации по наиболее рациональному их применении.

7. Разработана экспресс-методика определения области рациональных рекгмов резания с точки зрения наибольшей стойкости режущего инструмента.

8. По результатам изучения механизма улучшения обрабатываемости представлены рекомендации металлургам по рациональному раскислению и микролегированию конструкционных сталей элементами, улучшающими обрабатываемость резанием, на основании которых созданы и поставлены потребителю несколько совершенно новых типов сталей с улучшенной обрабатываемостью резанием.

1Ь

9. Предложена я опробована в ходе экспериментов новая конструкция сборного твердосплавного токарного резца, отличающаяся от аналогов повышенной жесткостью и технологичностью конструкции крепежного, узла.

Основное содержание диссертационной работы достаточно полно отражено в опубликованных работах:

1. Коваленко С.Е., Есов В.Б. Особенности изнашивания твердосплавных резцов при точении кальциевых сталей // Известия Шов. Машшстроешо.- 1987. - ВВ. - С. 133-135.

2. Коваленко С.Е., Есов В.Б., Михайлюк И.А. Повышение производительности и снижение себестоимости механообработки за счег применения капьцийсодержащих сталей Ц Интенсификация производства и качества машиностроительной продукции за счет применения конструкционных сталей с улучшенными технологическими свойствами: Тез. докл. Всесоюз. научно-техн. конф. - Челябинск, 1987»

- С. 24-25.

3. Коваленко С.Е., Покровский В.П. Применение сталей улучшенной обрабатываемости - важный резерв повышения »ффекгшшой работы автоматизированного оборудования // Проблемы и перспективы автоматизации производства и управления на предприятиях

и в организациях пряборо- и машиностроения: Тез. докл. Н Всесоюз. каучко-техн. конф. - Пермь, 1990, - С.44 -45,

4. Коваленко С.Е,, Покровский В.П, Применение каяьцийсо-деркахр« сталей улучшенной обрабатываемости - вакный резерв повышения эффективности использования автоматизированного оборудования // Опыт восстановления и упрочнения деталей методами сварки, наплавки, напыления нефтеперерабатывающего к нефтехимического оборудования: Тез. докл. Всесоюзного кеуснс-техн. семинара. - Киев. - 1990, .- 0,36-33,

5. Коваленко С.Е,, Покровский В.П,, Кудрявцев B.U. Рекомендации по рккимаы механической обработки старей улучпеш;ой обрабатываемости. - М.: Ассоциация "Слецнефтехиммаи", ЩШТУ-нефтехим, I9SI, -22с.