Поиск

Полнотекстовый поиск:
Где искать:
везде
только в названии
только в тексте
Выводить:
описание
слова в тексте
только заголовок

Рекомендуем ознакомиться

'Документ'
16.02, 18.02. – А.В.Кольцов «Косарь»- частичный анализ стихотворения: выписать по 3 художественных средства: олицетворение, эпитет, сравнение, метафор...полностью>>
'Документ'
В соответствии с Бюджетным кодексом РФ статьей 217, Положением о бюджетном процессе муниципального образования муниципальный округ Владимирский округ,...полностью>>
'Правила пользования'
Поскольку основным компонентом при работе системы является активный ил, который представляет собой сообщество бактерий и простейших организмов, необхо...полностью>>
'Документ'
Нет 3.4 МДК 01.01 ( Никулин) Б 103 КС-1 -1 3 Экономика орг. А 114 АД-11-1 1 МДК 0 .01 ( Морина) А 1 Охрана труда А 31 3....полностью>>

Главная > Документ

Сохрани ссылку в одной из сетей:
Информация о документе
Дата добавления:
Размер:
Доступные форматы для скачивания:

Технологические возможности ионного азотирования в упрочнении режущего и штампового инструмента

М. Н. Босяков, С. В. Бондаренко, Д.В.Жук, П.А.Матусевич

СП «Авиценна Интернешнл », Республика Беларусь, г. Минск,

Ул. Сурганова, 2а, 220012, тел. +375 17 2355002

Проблема повышения износостойкости режущего и штампового инструмента становится все более актуальной в связи с существенным удорожанием природных ресурсов и ростом их дефицитности.

Одной из современных технологий, позволяющей заметно (в несколько раз) повысить износостойкость режущего и штампового инструмента, является ионно-плазменное азотирование – ИПА [1, 2].

ИПА обеспечивает формирование на обрабатываемых деталях азотированного слоя с заданной структурой. Оптимизация свойств упрочняемой поверхности обеспечивается за счет необходимого сочетания нитридного и диффузионного слоев, которые врастают в основной материал. В зависимости от химического состава нитридный слой является либо ’-фазой (Fe4N) либо -фазой (Fe2-3N).

Ионное азотирование применяется для упрочнения:

  • Окончательно изготовленного режущего инструмента из сталей Р18, Р6М5, Р6М5К5, Р12Ф4К5, Р9М4К8Ф и др. (фрезы, сверла, метчики, протяжки, прошивки и т.д.) (табл. 1)

  • Штампов и штамповой оснастки из сталей Х12, Х12М, Х12МФ и др. для вырубки, штамповки и холодного деформирования листовых материалов

  • Пресс-форм из сталей 3Х2В8, 4Х5МФС, ХВГ, 40Х и др. для литья алюминиевых сплавов, пластмасс, стеклопластиков, резины

  • Технологической и инструментальной оснастки, в том числе для станков типа «обрабатывающий центр».

В результате ионного азотирования режущих инструментов (фрез, сверл, метчиков, протяжек и пр.) улучшаются их режущие свойства, повышается износостойкость и производительность.

Азотированная поверхность инструмента, обладающая пониженным коэффициентом трения и улучшенными антифрикционными свойствами, обеспечивает более легкий отвод стружки, а также предотвращает ее налипание на режущие кромки и образование лунок износа, что дает возможность увеличить подачу и скорость резания.

Оптимальной структурой азотированной быстрорежущей стали является высокоазотистый мартенсит, не содержащий избыточных нитридов. Указанная структура обеспечивается насыщением поверхности инструмента азотом при температуре 480-5200С в процессе кратковременного азотирования (до 1 часа). При этом формируется упрочненный слой глубиной 20-40 мкм с микротвердостью поверхности 1000-1200 HV0,5 при твердости сердцевины 800-900 HV (рис. 1) , а стойкость инструмента после ионного азотирования увеличивается в 2–8 раз в зависимости от его типа и вида обрабатываемого материала.

а

б

Рис. 1. Структура азотированного слоя стали Р6М5 (а) [2] и распределение микротвердости по глубине слоя (б).

При ионном азотировании повышается твердость поверхности и износостойкость всех марок быстрорежущих сталей и сплавов, а глубина азотированного слоя зависит от фазового состава сталей – с ростом количества карбидов в быстрорежущей стали глубина азотированного слоя постепенно уменьшается: слабее у сталей не содержащих кобальт, заметнее у кобальтовых сталей [3].

Износостойкость при резании инструментом из азотированной быстрорежущей стали зависит от количества карбидной фазы в стали, увеличиваясь по мере ее роста.

Таким образом, для обеспечения высокой износостойкости инструмента из быстрорежущей стали необходимо не только исключить наличие избыточных фаз, но и сформировать при кратковременном насыщении азотистый мартенсит с максимальной азотонасыщенностью, высокими напряжениями сжатия и пластическими свойствами.

Такая технология упрочнения реализуется на установках, где обеспечивается полная управляемость процесса по температуре, времени обработки, составу газовой среды.

Использование комбинированного нагрева («горячие» стенки камеры) либо усиленной тепловой защиты (тройной теплозащитный экран) наряду с возможностью независимо регулировать состав газа и давление в камере позволяют избежать перегрева тонких режущих кромок в процессе разогрева садки, точно регулировать время насыщения а, соответственно, и глубину слоя, т.к. разогрев изделий возможно производить в безазотной среде, например, в смеси Ar+H2.

Главным достоинством ионного азотирования инструмента из быстрорежущих сталей является возможность получения только диффузионного упрочненного слоя, либо слоя с монофазным нитридом Fe4N (’-фаза) на поверхности, в отличие от классического газового азотирования в аммиаке, где нитридный слой состоит из двух фаз - ’+, что является источником внутренних напряжений на границе раздела фаз и вызывает хрупкость и отслаивание упрочненного слоя при эксплуатации.

Ионное азотирование является также одним из основных методов увеличения долговечности штампового инструмента и литьевой оснастки из сталей 5ХНМ, 4Х5МФС, 3Х2В8, 4Х5В2ФС, 4Х4ВМФС, 38Х2МЮА, Х12, Х12М, Х12Ф1.

В результате ионного азотирования можно улучшить следующие характеристики изделий:

  • Ковочные штампы для горячей штамповки и пресс-формы для литья металлов и сплавов – повышается износостойкость, уменьшается прилипание металла.

  • Пресс-формы для литья алюминия под давлением – азотированный слой препятствует прилипанию металла в зоне подачи жидкой струи, и процесс заполнения формы является менее турбулентным, что увеличивает срок службы пресс-форм, а отливка получается более высокого качества.

Существенно улучшает ионное азотирование и эксплуатационные характеристики инструмента для холодной (T < 250 0С) обработки – вытяжка, гибка, штамповка, прессование, резка, чеканка и прошивка.

Основные требования, обеспечивающие высокую работоспособность такого инструмента – высокая прочность при сжатии, износостойкость и сопротивление холодной ударной нагрузке – достигаются в результате упрочняющей обработки методом ионного азотирования.

Если для инструмента используется высокохромистая сталь (12% хрома), то азотированный слой должен быть только диффузионным, если низколегированные стали – то дополнительно к диффузионному слою должен быть γ-слой – твердый и пластичный.

Особенностью ионного азотирования высокохромистых сталей является то, что выбирая температуру процесса можно в широких пределах сохранять твердость сердцевины изделия, задаваемую предварительной термической обработкой (табл. 1).

Для получения износостойкого поверхностного слоя при сохранении вязкой сердцевины штампа необходимо проводить вначале закалку с отпуском на вторичную твердость, размерную обработку и затем ионное азотирование.

Для исключения или сведения к минимуму деформаций, возникающих при ионном азотировании штампового инструмента, перед окончательной механической обработкой рекомендуется проводить отжиг в среде инертного газа при температуре как минимум на 20 С ниже температуры отпуска.

При необходимости применяют полировку азотированных рабочих поверхностей.

Таблица 1.

Характеристики легированных сталей после ионно-плазменного азотирования.

Марка стали

Твердость сердцевины,

HRC

Температура процесса

0С

Характеристики слоя

Тип реко-менду-емого слоя соеди-нений

Глубина, мм

Пов.

тв-сть,

HV 1

Толщина слоя соед.,

мкм

Стали для горячей обработки

4Х5МФС

35-55

500-560

0,1-0,3

900-1100

2-6

γ’

5ХНМ

36-44

450-550

0,1-0,3

620-760

2-6

γ’

3Х2В8

35-50

500-560

0,1-0,25

950-1100

2-5

γ’

3Х3М3Ф

35-51

500-560

0,1-0,3

900-1100

2-6

γ’

Стали для холодной обработки

Х12

50-55

450-520

0,1-0,2

1000-1100

-

-

Х12М

53-60

400-520

0,1-0,2

1000-1200

-

-

Х12Ф1

52-60

480-550

0,1-0,2

1000-1250

-

-

Х12МФ

56-58

400-480

0,1-0,2

1000-1300

-

-

Варьируя состав насыщающей среды, температуру процесса и его длительность можно формировать слои разной глубины и твердости (рис. 2, 3).

пуансон массой 237 кг

а

в

пресс-форма массой 1060 кг.

б

г

Рис. 2. Примеры обработки штамповой оснастки из стали 5ХНМ

(а, б) и распределение микротвердости по глубине азотированного слоя (в, г).

а

б

Рис. 3. Примеры обработки литьевых форм из стали 4Х5МФС

а – вид изделия, б – распределение микротвердости по глубине азотированного слоя.

Таким образом, как показывает мировой опыт, применение технологии ионного азотирования для упрочняющей обработки режущего и штампового инструмента эта технология является эффективной и относительно легко реализуемой, особенно с применением плазмы пульсирующего тока.

Литература:

  1. Лахтин Ю.М., Коган Д.Я., Шпис Г.И. и др. «Теория и технология азотирования» - М. Металлургия, 1991 – 320.

  2. «Азотирование и карбонитрирование» Под ред. А.В. Супова. – М. Металлургия, 1990. – 275.

  3. Фуке-Рабинович Г.С., Моисеев В.Ф., Брострем В.А. и др. «Износостойкость азотированного инструмента из быстрорежущих сталей»//«Трение и износ», 16 (1995), №4, стр. 780-786.



Похожие документы:

  1. Учебное пособие Издательство тпу томск 2003

    Документ
    ... ее широких технологических возможностей сохранит приоритет среди других методов обработки. Режущий инструмент и режимы механообработки ...
  2. Конспект лекций по теме: «Материаловедение» для специальности 120100 "Технология машиностроения" (Объем лекций 80 часа)

    Конспект лекций
    ... времени азотирования достигается при ионном азотировании, ... , измерительные инструменты.   Упрочнение методом пластической ... ограничены технологическими возможностями оборудования и инструмента. ... для режущего, измерительного и штампового инструмента? 65 ...
  3. Методические указания и контрольные задания для студентов-заочников машиностроительных специальностей вузов москва "высшая школа" 1988

    Методические указания
    ... металлического, ионного и ... в технологические лини ... упрочнение наклепом Физические основы химико-термической обработки. Цементация. Азотирование ... режущего, измерительного и штампового инструмента. ... т.п. Выясните возможности применения древесного ...

Другие похожие документы..