книги / Сварка в машиностроении. Т. 2
.pdfГ л а в а 16
СВАРКА И ПАЙКА ИНСТРУМЕНТАЛЬНЫХ МАТЕРИАЛОВ
ОСНОВНЫЕ СВОЙСТВА ИНСТРУМЕНТАЛЬНЫХ МАТЕРИАЛОВ
ИОСОБЕННОСТИ ПОЛУЧЕНИЯ СВАРНЫХ
ИПАЯНЫХ СОЕДИНЕНИЙ
ИНСТРУМЕНТАЛЬНЫХ МАТЕРИАЛОВ СО СТАЛЬЮ
Режущий инструмент имеет рабочую (режущую) часть и корпус. Рабочую часть изготовляют из инструментального материала (целиком или только режущие элементы), корпус — из конструкционной стали. Инструментальные материалы в соответствии с назначением отличаются высокими твердостью и износостойко стью, сохраняемыми при нагреве, хрупкостью, малой адгезионной способностью к материалам, обрабатываемым резанием. По химическому составу и физико механическим свойствам они отличаются от конструкционных сталей, из которых изготовляют корпус инструмента. По физической природе они относятся к неме таллическим материалам, металлоподобным и металлическим.
Неметаллические инструментальные материалы (синтетические алмазы и ку бический нитрид бора в разных модификациях, оксидная и оксидно-карбидная минералокерамика) по сравнению с другими инструментальными материалами имеют наибольшую твердость и относительно низкую прочность, хрупки, метал лами не смачиваются.
Относящиеся к металлоподобным материалам металлокерамические твердые сплавы имеют свойства, определенные свойствами их основных компонентов (кар бидов вольфрама, титана, тантала и сложных растворов на их основе). Твердые сплавы не пластичны, смачиваемость твердых сплавов металлами ограничена и определяется содержанием в них металлической связки — кобальта, никеля, мо либдена. Для режущих инструментов наиболее распространены вольфрамовые и титановольфрамовые твердые сплавы с кобальтовой связкой. Безвольфрамовые твердые сплавы имеют никелемолибденовую связку. В вольфрамовую группу входят твердые сплавы, содержащие карбид вольфрама, в титано-вольфрамовую — твердые сплавы, содержащие монокарбид вольфрама и сложный карбид системы WC—TiC (твердый раствор карбида титана в карбиде вольфрама), а также твердые сплавы, содержащие один сложный карбид системы 'WC—TiC. Структурные превращения в твердом сплаве при нагреве для пайки и последующем охлажде нии (за исключением нагрева в печах, отличающегося большой длительностью по сравнению с индукционным нагревом) практически отсутствуют.
Заготовки для режущей части инструментов из неметаллических и металло подобных инструментальных материалов получают прессованием. Заготовки из металлокерамических твердых сплавов можно обрабатывать резанием после пред варительного спекания. В окончательном виде, когда материал приобретает свои служебные свойства, в том числе высокую твердость, заготовки подвергают только шлифованию и затачиванию. Следовательно, операция присоединения режущего элемента из инструментального материала к корпусу является сборочно-присоеди нительной.
Сочетание инструментальных материалов с конструкционной сталью характе ризуется большой химической, структурно-фазовой, механической неоднородностью и различием теплофизических свойств. Чем выше эксплуатационные свойства инструментальных материалов, тем сложнее их соединять с корпусом. Рабочую часть из быстрорежущей стали соединяют с корпусом сваркой и пайкой, твердые сплавы — преимущественно пайкой. Неметаллические инструментальные мате риалы без применения специальной технологии и особых припоев, обеспечиваю щих смачиваемость их, пайкой соединить нельзя.
эксплуатационные характеристики инструмента. Теплофизические свойства быстрорежущих сталей следует рассматривать в отожженном состоянии и после закалки и отпуска. Теплопроводность отожженной быстрорежущей стали при 20° С примерно в 2 раза меньше теплопроводности конструкционной стали, а в закаленном состоянии — в 3 раза меньше. На теплопроводность быстрорежущей стали влияет ее химический состав: молибден и кобальт повышают теплопровод ность, вольфрам и ванадий — снижают. Теплопроводность определяет зону тер мического влияния при сварке. Теплопроводность влияет на скорость нагрева до температуры пайки при индукционном нагреве (чем выше теплопроводность, тем больше допустимая скорость нагрева) и определяет температуру соединения при эксплуатации инструмента. Теплоемкость влияет на коэффициент теплового насыщения материала: чем меньше теплоемкость, тем быстрее при прочих равных условиях происходит нагрев металла.
Механические свойства твердых сплавов, минералокерамики и быстрорежу щей стали также очень различны (табл. 2). Технологическая совместимость ин струментальных материалов при получении неразъемных соединений со сталью представлена в табл. 3.
Инструментальные материалы, имея особые свойства, определяемые служеб ным назначением, имеют или ограниченную технологическую совместимость, поскольку являются неметаллическими, или слабую технологическую совмести мость, поскольку металлоподобный материал, соединенный пайкой, образует разнородное соединение, а в диффузионную связь вступает только металлическая связка этого материала; удовлетворительная совместимость достигается при соеди нении быстрорежущей стали с конструкционной сталью, сопровождающемся боль шими остаточными напряжениями из-за структурного превращения у а . Поэ тому при получении неразъемных соединений инструментальных материалов со сталью необходимо применять определенные конструктивно-технологические меры (табл. 4.)
Инструмент, однолезвийный и многолезвийный, оснащенный пластинками из быстрорежущей стали (аналогично инструменту с пластинками из твердого сплава), паяный црипоем с температурой плавления, равной или несколько выше температуры отпуска быстрорежущей стали (600—650° С), наиболее технологичен и экономичен. Для повышения эксплуатационной прочности соединения следует применять закалку стальной присоединительной части инструмента до пайки (особенно эффективна для инструмента, тяжело нагруженного при эксплуатации). Концевой инструмент с рабочей и присоединительной частями, предварительно закаленными и отпущенными, следует соединять высокопрочным припоем. При этом технологические напряжения в соединении не возникают, а механическая неоднородность соединения, способствующая концентрации напряжения, также отсутствует.
Способы получения неразъемного соединения рабочей части инструмента с присоединительной и режущих элементов рабочей части инструмента с его кор пусом приведены в табл. 5.
ТЕХНОЛОГИЯ КОНТАКТНОЙ СТЫКОВОЙ СВАРКИ ОПЛАВЛЕНИЕМ И СВАРКИ ТРЕНИЕМ ЗАГОТОВОК ИНСТРУМЕНТА
Заготовки из быстрорежущей и конструкционной сталей под сварку должны иметь свариваемые торцы одинаковой формы и равной площади. Различают за готовки простые цилиндрической формы и стержневые ступенчатые, если диаметры рабочей и присоединительной частей не одинаковы. Данные, необходимые для оп ределения размеров заготовок под сварку, приведены в табл. 6—8.
Свариваемые, контактные и зажимные поверхности заготовок должны быть очищены от загрязнений в галтовочных барабанах.