Соотношение «горячей» твердости материала инструмента и заготовки

С увеличением температуры изменяются свойства не только материала заготовки, но и материала инструмента. Решающее влияние на характер и интенсивность износа инструмента оказывает соотношение между «горячими» твердостями материалов инструмента и заготовки при реальных температурах на поверхностях контакта [13]. Это соотношение было названо коэффициентом формоустойчивости Кф, и его часто принимают в качестве критерия оценки ожидаемого улучшения обрабатываемости или повышения стойкости инструмента при изменении условий резания.

При резании труднообрабатываемых материалов инструментами из быстрорежущих сталей, когда значения Кф близки к единице или меньше ее, подогрев зоны резания, очевидно, не имеет смысла. Вот почему резание с нагревом осуществляется твердосплавными инструментами и в условиях, когда Кф больше единицы. Если нагревом такого соотношения достигнуть не удается, следует искать другие пути улучшения обрабатываемости. Улучшение обрабатываемости при резании с нагревом достигается не только благоприятным соотношением твердостей материалов инструмента и заготовки. В большинстве случаев оно оказывает решающее влияние на улучшение обрабатываемости. Исследованию зависимости Кф от температуры посвящено много работ [8, 30].

Микротвердость сплавов типа ТК и ВК изменяется с увеличением температуры примерно по одинаковому закону и располагается в соответствии с соотношением карбидов вольфрама, титана, а также кобальта (рис. 5).

Рис. 5. Микротвердость металлокерамических твердых сплавов в зависимости от температуры:
1 — Т30К4; 2 — Т15К6; 3 — ВК6; 4 — ВК8; 5 — ВК15

Изменение Кф для твердого сплава ВК8 в паре с некоторыми титановыми сплавами приведено на рис. 6. Для менее прочного сплава ВТ1-0 Кф возрастает от 6 при температуре 100° С до 40 при температуре 900° С. Для более прочных сплавов ВТЗ-1, ВТ6 и ВТ8 существенное увеличение Кф наблюдается лишь в диапазоне температур от 500 до 1000° С.

Рис. 6. Отношения Кф — микротвердости сплава ВК8 и титановых сплавов в зависимости от температуры:
1 — ВТ1-0; 2 — ВТ8; 3 — ВТ6; 4 — ВТЗ-1

Для пары твердый сплав ВК8 — титановый сплав ВТ20 в исследованиях отмечен экстремальный характер зависимости Кф от температуры. Кривые зависимости «горячей» твердости для этих сплавов, а также величины Кф от температуры приведены на рис. 7. Кривая зависимости Кф = f(0°) имеет максимум при температуре, близкой к 800° С. Перелом для других титановых сплавов (см. рис. 6) наблюдается при температурах 900° С, хотя явно выраженного максимума и не наблюдалось.

Рис. 7. Зависимость микротвердости сплава ВК8, титанового сплава и их отношения Кф от температуры:
1 — Кф; 2 — ВК8; 3 — ВТ20

Для жаропрочных сталей и сплавов, сохраняющих высокие твердость и прочность даже при очень высоких температурах (что является их основной эксплуатационной характеристикой), заметное увеличение Кф наблюдается лишь при температурах выше 900—1000° С. По абсолютной величине Кф даже при этих температурах сравнительно мал. Так, для сплава ХН55ВМТФКЮ (ЭИ929) при температуре 1200° С он немного больше 1, а для сплавов ХН70ВМТЮ (ЭИ617) и Х15Н55М16В (ЭИ375) при температуре 1100° С составляет лишь 2,5.

Для литых магнитных сплавов, по данным [12], Кф достигает максимума при температуре 1100°С, и имеет значения при этом около 12 в паре с твердым сплавом ВК8. На рис. 8 приведены результаты исследований зависимости Кф от температуры для пары твердый сплав Т15К6 — сталь типа 38ХНЗМФА. Как видно из рис. 8 значительное увеличение Кф наблюдается при температурах свыше 600° С. Таким образом, для титановых сплавов, высокопрочной стали типа 38ХНЗМФА, некоторых жаропрочных сплавов и литых магнитных сплавов с увеличением температуры Кф существенно увеличивается, и это оказывает решающее влияние на улучшение обрабатываемости при резании их с нагревом.

Рис. 8. Зависимость Кф от температуры для пары сплав Т15К6 — сталь типа 38ХНЗМФА

В работах [8, 30] сведения о «горячей» твердости металлокерамических твердых сплавов расходятся как по абсолютной величине, так и по характеру изменения с увеличением температуры.

Кривые зависимости микротвердости твердого сплава Т15К6, по данным различных авторов, приведены на рис. 9. Аналогичный характер носят расхождения и для других марок твердых сплавов. Можно полагать, что расхождения связаны главным образом с методикой определения твердости. Нами приняты значения «горячей» микротвердости по данным [30], незначительно отличающиеся от данных [8] во всем диапазоне температур.

Рис. 9. Микротвердость твердого сплава Т15К6 в зависимости от температуры по данным разных исследований [2, 19, 46]