«Капризные» стали: обработка инструментальных сталей в отожженном состоянии

«Капризные» стали: обработка инструментальных сталей в отожженном состоянии

Проблема неудобной мехобработки у марок с высоким содержанием легирующих компонентов чаще связана не с твёрдостью после термообработки, а со структурой и прирождённым распределением карбидов; контроль состава и режимов отжига позволяет снизить сопротивление резанию и увеличить стойкость режущего полотна. Практическое назначение — понимать, какие параметры влияют на сцепление с пластиной, на образование закатов и на вибрации при точении.

Состав играет основную роль: повышенный хром, молибден, ванадий и вольфрам формируют вторичные соединения с высокой твёрдостью и резистентностью к истиранию; доли углерода свыше 0,7% обеспечивают кимберлитную структуру закалённого состояния, а при низких температурах отжига карбиды остаются крупными и обрывают режущую кромку. Рекомендация по рецептуре заготовки — при проектировании детали целесообразно выбирать марки с удельными величинами легирования, согласованными с технологической картой; если выбор ограничен, применяют дополнительные приёмы подготовки поверхности.

Режим отжига критичен: для большинства инструментальных марок мягкий отжиг проводят в диапазоне 620–760 °C с выдержкой 2–8 часов и медленным охлаждением в печи со скоростью 10–30 °C/ч до 500 °C; такой режим стимулирует распад мартенсита и дробление карбидов. Если требуется глубже размягчить структуру, используют двойной отжиг — нагрев до 700–720 °C, выдержка 4–6 часов, повторный прогрев на 650 °C с выдержкой 2 часа и последующее медленное охлаждение.

Контроль твердости после термообработки важен: для станочной резки целевой диапазон по Бринеллю — 180–260 HB, по Роквеллу — приблизительно HRC 20–30; значения ниже упрощают резание, но ухудшают геометрическую стабильность при механическом воздействии. Если показания остаются высокими, выполняют рекристаллизационный отжиг при 750 °C с более длительной выдержкой, либо выбирают режим рекристаллизации с пониженной скоростью охлаждения.

Геометрия инструмента должна быть адаптирована: увеличенная радиусность носка rε = 0,4–1,2 мм уменьшает склонность к образованию заусенцев при работе с крупными карбидными включениями, угол при вершине фаски (клиновидность) целесообразно снижать до 70–90° для снижения ударных нагрузок. Пластины из твердого сплава с режущей кромкой, упрочнённой микрозакалкой, показывают лучшие результаты при глубинах реза ap = 0,3–2,0 мм и подаче f = 0,05–0,3 мм/об для финиша.

Смазочно-охлаждающая среда существенно влияет на процесс: при обработке марок с повышенной склонностью к прилипанию и наростам рекомендуется применение ЭМulsion 5–10% или масло с индексом вязкости ISO VG 68–220 и высоким содержанием присадок против пригорания; давление подачи СОЖ 5–12 бар при наружном подаче через внутренний канал позволяет отводить стружку и снижать локальные перегревы. При финишной обработке полезно применять минимально интермиттирующее смазывание для предотвращения образования термических наростов.

Техника стружкообразования — ключ к стабильному процессу. Для марок с крупными карбидными решётками рекомендуют увеличивать подачу и уменьшать глубину среза, что приводит к более короткой и ломкой стружке; при токарной операции Vc устанавливают в пределах 40–100 м/мин при инструментах на твердом сплаве, а для тонкой подрезки используют Vc 10–30 м/мин.

При фрезеровании следует применять радиусные фрезы с положительным задним углом γ = 6–12° и ступенчатой подачей для снижения ударного воздействия на кромку.

Предварительная механическая подготовка улучшает последующую резку: шлифовальное припускание зерном 60–120 grit с технологическим припуском 0,1–0,5 мм сглаживает поверхностные контрасты и уменьшает риск зацепа кромки. Если на поверхности присутствуют оксиды или направленные слои, их удаляют обработкой абразивным кругом до чистоты поверхности Ra ≤ 1,6 мкм.

При работе с крупными заготовками применяют стабилизацию фиксирующими приспособлениями и проставками из мягких сплавов толщиной 2–6 мм для снижения вибраций; использование гидропатронов и стяжных плит с моментом затяжки по паспорту уменьшает биение и деформацию. Для длинных валов применяют промежуточные опоры и подкладки из текстолита, чтобы исключить прогиб при резании.

Если стандартные методы не дают требуемого эффекта, применяют химико-термическую обработку тонкого слоя: нитроцементация в диапазоне 560–580 °C с толщиной слоя 0,2–0,6 мм повышает сопротивление износу у режущего слоя заготовки и одновременно упрощает резание. Такую операцию проводят при согласовании с техническими условиями заказчика и документацией на материал.

Рекомендуемые нормативные ссылки: соответствие марок регламентируется отраслевыми стандартами и техническими условиями производителя; при разработке технологической карты опирайтесь на ГОСТ и EN ISO, отражённые в спецификации поставщика, а также на ведомственные ТУ. При оформлении технологических процессов указывайте режимы нагрева, выдержки и скорости охлаждения, допуски по твердости и шлифовке, припуски на чистовую механическую обработку.

Практический приём для резьбонарезки и нарезки канавок — применение короткой стружки и интервалов подачи с периодической продувкой под СОЖ; для штампов и пресс-форм рекомендуется предварительное облегчение режущей поверхности зернистой обработкой с последующим доводочным шлифованием под заданный профиль. Оперативный анализ режимости на контрольном участке длиной 50–100 мм позволяет корректировать скорость и подачу до перехода на серийное производство.

Нормы по контролю качества обрабатываемых поверхностей включают требования к шероховатости Ra, к геометрии кромок и к пределам твёрдости; в технологической карте указывают допускаемые значения Ra ≤ 0,8–1,6 мкм для рабочей поверхности и значения HRC/ HB для критичных зон. Свод правил должен содержать перечень операций, параметры инструментов, сорта СОЖ и требования к подготовке заготовочной поверхности.

В случае появления заусенцев или закатов используйте обратное рифление и настройку радиуса припуска, а при частых поломках кромки переходите на более прочные марки пластин или на плазменную обработку на этапе предварительной резки. Подбор сочетания режимов, геометрии и подготовки позволяет добиться стабильной производительности при обработке капризных малоподатливых марок, сохраняя стандартные допуски и экономя ресурс оснастки.