Эксплуатационные свойства режущего инструмента из быстрорежущих сталей оценивали по его износостойкости при обработке наиболее широко используемых в производстве материалов 30ХГСА, ст. 50, сплав ВТ20. Указанные материалы по обрабатываемости сопоставимы со сталью 45, что позволяет сравнивать с испытаниями по ГОСТ 2034-80 «Сверла спиральные, методы испытания».
Для исследования износостойкости инструмента были выбраны наиболее ходовые виды режущего инструмента: машинные метчики 5×0,8; 6×1; 8×1 и сверла диаметром 5-6 мм из стали Р18 и Р6М5.
Каждая партия инструмента одного и того же типоразмера изготавливалась из материала одной партии-плавки и одновременно подвергалась термической обработке по традиционному методу закалки на масло и разработанному методу изотермической закалки в интервале бейнитного «предпревращения». Часть инструмента после такой термообработки подвергалась упрочняющей обработке: нитроцементации и электроимпульсному воздействию.
Нитроцементацию осуществляли на экспериментальной установке в виброкипящем слое углеграфитового порошка с добавками окиси алюминия при 560 °С с выдержкой 40 мин. Степень диссоциации аммиака составляла 40…35 %.
Эффекты при электроимпульсном воздействии проявляются в металлах при пропускании через них импульсов тока длительностью 0,01…1 с с удельной электрической энергией q = 1…10 Дж/мм3 при плотности тока j = 102…103 А/мм2. Эти параметры создают необходимый градиент физических полей в металлах. В зависимости от количества удельной электрической энергии и плотности импульсного тока, а также условий его введения в заготовку (или деталь) возможно проявление следующих эффектов, находящих применение в производстве:
1. Восстановление пластических свойств металлов после значительной степени деформирования, устранение упругих деформаций после штамповки и уменьшение уровня остаточных напряжений [9], что позволяет заменить традиционную термообработку в печах. Из-за малой длительности импульсов тока и сравнительно низкой температуры интегрального разогрева пластификация любых материалов, в том числе титановых сплавов, может проводиться без использования контролирующей среды в обычных атмосферных условиях.
2. Повышение и восстановление ресурса пластичности деталей, работающих при циклическом нагружении [8]. Применение электроимпульсной обработки позволяет залечивать не только дефекты исходной структуры деталей, еще не подвергшихся циклическому нагружению, но и усталостных трещин при наработке, составляющей 70…80 % от разрушающей. В результате оказывается возможным не только повышение ресурса, но и его полное восстановление после указанной наработки, что эквивалентно снижению потребности в выпуске деталей.
3. Повышение конструкционной прочности деталей [1-2], выполненных как из термически упрочняемых, так и термически не упрочняемых промышленных сплавов без снижения их пластических свойств [3].
4. Изменение механических показателей анизотропии металлов, повышение их коррозионной стойкости [7]. Оказывается возможным сделать пластические свойства поперек проката большими, чем вдоль него. Повышение коррозионной стойкости материалов обеспечивает увеличение ресурса конструктивных элементов за счет снижения скорости коррозии. Проявление этого эффекта очень важно для систем гидроприводов, работающих в агрессивных и коррозионно-активных средах.
Результаты исследований износостойкости режущего инструмента после электроимпульсного воздействия удовлетворительно согласуются с данными исследований в работах [4-6].
В работе исследовалась возможность применения метода электроимпульсной обработки для повышения стойкости готового режущего инструмента из стали Р6М5, прошедшего все этапы технологического процесса изготовления. Стойкостные испытания инструмента, подвергнутого электроимпульсному упрочнению, показали, что при стандартных условиях испытаний (сверление ст. 45) стойкость возрастает до 2 раз.
В случае резания вязких материалов (нержавеющая сталь, титан) стойкость, в зависимости от режимов резания, может возрастать до 4 раз.
Применение данного метода не вызывает деформаций и поводок инструмента, так как экспериментально установлено, что средние температуры нагрева материала, при которых достигается максимальное упрочнение, малы.
Проведенные металлографические, рентгеноструктурные и электронно-микроскопи-ческие исследования показали, что:
– электроимпульсное воздействие, приводящее к сравнительно небольшому нагреву инструмента, вызывает изменение состояния матрицы, которое определяется скоростью нагрева и охлаждения материала после действия импульсов тока;
– в структуре происходят следующие процессы: выделение по границам зерен мелкодисперсных карбидов продолговатой формы, частичное растворение карбидов, которые имеют более круглую форму, чем в исходном состоянии. Установлено, что на процессы растворения и выделения карбидов большое влияние оказывают три фактора обработки: скорость нагрева, температура и число термоциклов.