Современный режущий инструмент по используемым при производстве материалам можно разделить на 4 основных группы. Это инструмент из быстрорежущей стали, твердосплавный инструмент, режущая керамика и сверхтвердые поликристаллические синтетические материалы.
При этом эксплуатационные свойства материалов всех этих групп полностью зависят от качественного и количественного химического состава инструмента. Ранее, в статье «Твердые порошковые сплавы с точки зрения металловедения», мы писали о зависимости свойств сплавов от химсостава, структуры, формы и дисперсности фаз. Эти закономерности актуальны для всех инструментальных материалов без исключения. На схеме показано распределение инструментальных материалов по их эксплуатационным свойствам: твердости, износостойкости, теплостойкости, ударной вязкости, склонности к трещинообразованию. Также по этой схеме с большой долей вероятности можно определить основное направление развития режущего инструмента.
Здесь можно выделить 3 основных вектора развития:
- Разработка новых материалов с одновременно высокими комплексом свойств «прочность — пластичность»
Как известно, характеристики пластичности (прочность при изгибе, ударная вязкость) находятся в обратной зависимости от характеристик прочности. Т.е чем больше предел прочности, твердость (соответственно износостойкость), тем меньше ударная вязкость и пластичность. На сегодняшний день производители инструмента не нашли идеального химического состава, который бы имел твердость кубического нитрида бора (КНБ), пластичность быстрорезов Р6М5 и дешевизну углеродистой стали У10. Поэтому в современном производстве и используется большое число инструментальных материалов «заточенных» под определенные условия работы.
Оптимизация производства существующего инструмента
Это направление основывается на увеличении степени воспроизводимости процессов и качества инструмента, а также на ужесточении нормативной документации на химический состав, свойства и структуру материалов. В качестве примера можно привести всё ту же сталь Р6М5. По ГОСТ 19265 она имеет следующий химсостав основных легирующих элементов:
Углерод (С) = 0,82…0,9%
Вольфрам (W) = 5,5…6,5%
Молибден (Мо) = 4,8…5,3
Т.е по этому стандарту, в пределах одной марки материала, возможных вариаций химического состава инструмента может быть огромное количество. Это влияет на количественный состав карбидной фазы WC, ее дисперсность и форму. Даже если основные показатели качества (твердость HRC или HV) будут в пределах требований КД, то микроструктура при разном химсоставе может отличаться. В результате может изменяться теплостойкость, скорость изнашивания, склонность к образованию и развитию трещины и т. д. Такая анизотропия свойств не критична, т. к. имеет мизерные отклонения от усредненных значений требуемых свойств, но всё же необходимо стремиться находить один оптимальный химический состав инструментального материала и ужесточать требования нормативной документации под эти значения. Это позволит снизить дисперсию показателей качества в пределах одной марки материала и производить инструмент с отклонениями ±0,5 HRC по механическим свойствам и ±0,1 нм по размеру структурных составляющих. В большей степени, ужесточение требований по свойствам, форме и размеру структуры положительно скажется на стойкости твердых сплавов, т. к. эти факторы являются лимитирующими при формировании их механических и эксплуатационных свойств.
Разработка новых химических и физико-химических покрытий
Как правило, режущий инструмент редко эксплуатируется без покрытия, которое существенно снижает температурную нагрузку, вероятность «схватывания» с обрабатываемым материалом, увеличивает износостойкость и поверхностную твердость. На сегодняшний день, в качестве таких покрытий, широко используются газовое и плазменное азотирование, физико-химические PVD и CVD способы нанесения нитридов и карбонитридов титана, алюминия и др.
PVD-покрытия (Physical vapour deposition, в пер. с англ. «физическое осаждение из газовой фазы»)
CVD-покрытия (Сhemical vapour deposition, в пер. с англ. «химическое осаждение из газовой фазы»)
Разработка новых способов покрытия инструмента, так же как и разработка новых инструментальных материалов, требует больших капиталовложений. Большую роль здесь играю коммерческие компании, которые серьезно занимаются продажами инструмента по всему миру. Движущей силой исследований и новых научных разработок является высокая конкуренция на мировом рынке и желание сделать изделие с более низкой себестоимостью и более высоким комплексом тех самых свойств «прочность — пластичность». Поэтому постоянно появляются новые инструментальные сплавы, новые конструкции инструмента и новые технологии поверхностного химико-термического упрочнения. Нам же остается только пожелать производителям творческого и научного успеха и ждать их новых инновационных разработок.
Петров Алексей, автор проекта
«Металловедение и термическая обработка металлов.
Техника и технологии»
«Металловедение и термическая обработка металлов.
Техника и технологии»
Комментариев нет:
Отправить комментарий