УДК 621.9.02

ЛИТЫЕ ТВЁРДЫЕ СПЛАВЫ И ИХ ПРИМЕНЕНИЕ В ДЕРЕВООБРАБОТКЕ

 

CAST CARBIDE ALLOY AND THEIR APPLIKICATIONIN WOODWORKING

 

Камынин В.В., Дмитриева Н.В., Лазутина И.В.

(Брянский государственный инженерно- технологический университет, г. Брянск, РФ)

Kamynin V.V., Dmitrieva N.V., Lazutina I.V.

(Bryansk State Technological University of Engineerig, Bryansk, Russia)

 

Разработаны литые твёрдые сплавы на основе комплексно-легированных белых чугунов; показана возможность их использования для изготовления режущих элементов деревообрабатывающего инструмента.

Cast carbide alloys are developed based on complex alloyed cast white iron; possibility of their use for producing cutting elements of woodworking instrument is shown.

 

Ключевые слова: сплав, белый чугун, твёрдость, износостойкость, деревообрабатывающий инструмент

Key words: alloy, white iron,  hardness, sharpness, instrument is shown

 

На основе высокоуглеродистых (заэвтектических) комплексно-легированных белых чугунов разработаны литые твердые сплавы в качестве сравнительно дешевого заменителя дорогостоящих металлокерамических вольфрамосодержащих твердых сплавов и износостойких наплавочных ма­териалов типа стеллитов [1, 4]. В этих сплавах основной легирующий ком­плекс состоит из хрома, ванадия и марганца. Он обеспечивает возможность формирования композиционной структуры с большим количеством (около 30 %) специальных карбидов (типа МС и М7С3) и самозакаливающейся мат­рицей. С целью повышения прокаливаемости и механических свойств спла­вы дополнительно легированы небольшими количествами меди и молибде­на. Для обеспечения измельченной литой структуры жидкие сплавы подвер­гают микролегированию и модифицированию.

Разработанные сплавы отличаются высокой твердостью (64 ... 70 HRC) и абразивной износостойкостью. Эти свойства могут быть обеспечены как непосредственно в литом состоянии (самозакаливающиеся сплавы), так и после термической обработки литых заготовок (термообрабатываемые сплавы). Изделия из сплавов по обоим вариантам получали точ­ными методами литья (по выплавляемым и газифицируемым моделям, в оболочковые и металлические формы) и подвергали только одному виду механической обработки - шлифованию. Изделия из самозакаливающихся сплавов подвергали отпуску для снятия напряжений, изделия из термообрабатываемых сплавов - «мягкой» закалке (в масле или на воздухе) и низко­температурному отпуску. При рациональном химическом составе может быть обеспечена очень высокая твердость изделий (67 ... 70 HRC), что соот­ветствует твердости сплавов ВК15 - ВК20.

Цель работы - установить возможность и целесообразность исполь­зования разработанных литых твердых сплавов для изготовления режущих элементов деревообрабатывающего инструмента.

Испытания на изнашивание проводили трением по абразивной ленте (корундовая шкурка зернистостью 40 по ГОСТ 5009-82) при скорости её движения 6 м/мин и удельной нагрузке 3 МПа. Экспериментально опреде­ляли износ образцов из различных сплавов (стали, металлокерамические твердые сплавы и разрабатываемые литые сплавы), а затем рассчитывали коэффициенты относительной износостойкости, используя в качестве эта­лона сравнения сталь 45 с твердостью 200 НВ.

Результаты исследования абразивной износостойкости сплавов при­ведены на рисунке 1 экспериментальными точками и полиномиальной зависимо­стью второй степени, полученной при статистической обработке экспери­ментальных данных:

 

где  - твердость в ед. HRC,  - корреляционное соотношение.

Рисунок 1 – Зависимость коэффициента износостойкости от твёрдости литых твёрдых сплавов

 

Проведенные исследования показывают, что абразивная износостойкость хорошо коррелирует с твердостью сплавов, хотя имеются и существенные отклонения,  характерные для термообработанных  сталей  с высокой твёрдостью. Видно, что при твердости сплавов 67 ... 70 HRC износостойкость остается примерно на одном наиболее высоком уровне , что характерно как для литых твердых спла­вов, так и для металлокерамического спла­ва ВК20. Износостойкость термообрабо­танных сталей существенно ниже, чем у исследуемых сплавов, при одинаковой с ними твердости (для сталей точки распо­ложены значительно ниже графика - обо­значены крестиками на рисунке 1).

Сопоставление     износостойкости  различных видов сплавов приведено на рисунке 2 в виде гистограммы. Оба рисунка дают представление о сравнительной износостойкости сталей и сплавов. К наиболее износостойким можно отнести металлокерамические и литые сплавы.

 

Рисунок 2 – Сопоставление износостойкости исследуемых и сравниваемых сплавов (цифры по горизонтальной оси: 1 – сплав ВК20 (твёрдость 1100 HV); 2 и 3 – литой твёрдый сплав (твёрдость 67…70 HRC и 64…65 HRC); 4 – белый чугун ИЧ290Х12М (62 HRC); 5 – белый чугун «нихард» (50 HRC); 6 – сталь ШХ15 (62 HRC); 7 – сталь 45 (200 HB)

 

Испытания литых твердых сплавов проведены на различных издели­ях. Для деревообрабатывающего инструмента (сборные фрезы) отливали режущие элементы (ножи). Заготовки подвергали низкотемпературному от­пуску (180 ... 200 °С, 40 мин), шлифовали до размеров 30 х 30 х 4 мм и за­тачивали режущее лезвие. Твердость ножей составляла 64 ... 66 HRC.

Фрезы с режущими ножами из литого твердого сплава испытывали в лаборатории кафедры транспортно-технологических машин и сервиса БГИТУ на заго­товках из дуба (размер заготовок 1200 х 120 х 30 мм, влажность древесины 10 ... 12 %). Продолжительность испытаний 8 ч при следующих режимах обработки: скорость резания 39,25 м/с, толщина срезаемого слоя 1 мм. В тех же условиях для сопоставления испытывали аналогичные фрезы с ножами из быстро-режущей стали Р6М5 и твердого сплава ВК15. После 8 ч работы износ ножей из литого твердого сплава составил 16 ... 19 мкм; из стали Р6М5 - 35 ... 36 мкм; из твердого сплава ВК15-8 ... 9 мкм.

Видно, что по износостойкости литой твердый сплав примерно в 2 раза превосходит сталь Р6М5 (63 ... 64 HRC), но уступает сплаву ВК15. Учитывая, что литой твердый сплав не только намного дешевле сплава ВК15, но и почти в 1,5 раза дешевле быстрорежущей стали, целесообразно его использовать для изготовления режущих элементов деревообрабаты­вающего инструмента.

Кроме этого, литые твердые сплавы могут быть использованы и в качестве износостойкого наплавочного материала [2, 3] в виде литых прут­ков, гранулированных порошков, а также механических смесей порош­кообразных компонентов в виде проволоки и лент. Наплавку можно произ­водить различными способами: газопламенным, плазменным, электрошла­ковым. Проведенные исследования показали хорошее сцепление наплавлен­ного слоя с основным металлом и малую его склонность к образованию го­рячих и холодных трещин. По износостойкости наплавленный металл не уступает литым изделиям при идентичности их химического состава. Это было подтверждено, в частности, при испытаниях режущих элементов в ус­ловиях механической обработки металлов (углеродистые и легированные стали) и древесины.

Список использованных источников

1.  Сильман, Г.И. Литые твердые сплавы на основе комплексно-легированных белых чугунов [Текст] / Г.И. Сильман, Н.В. Дмитриева; БГИТА. Брянск, 2000. 20 с. Деп. в ВИНИТИ 27.07.00, № 1728-В00.

2.  Сильман, Г.И. Перспективы использования литых твердых сплавов [Текст] / Г.И. Сильман, Н.В. Дмитриева // Материаловедение и производство: меж-вуз. сб. науч. тр.; вып. 2; под ред. Г. И. Сильмана.  Брянск: Изд-во БГИТА, 2001. С. 241-245.

3.  Сильман, Г.И. Чугуны-композиты и их поведение в условиях трения и износа [Текст] / Г.И. Сильман, С.С. Грядунов // Теория и практика технологий про­изводства изделий из композиционных металлических сплавов. 21-й век: материалы междунар. конф.  М., 2001. С.196-202.

4.  Сильман, Г.И. Экспериментальное исследование и применение литых твердых сплавов [Текст] / Г.И. Сильман, Н.В. Дмитриева // Качество машин: сб. тр. 4-й Междунар. научно-техн. конф. Т.1. Брянск, 2001. С.78-80.