Структура сплава пластины как фактор эффективности точения стали

Универсальный сплав

Для любого такого сплава первостепенное значение имеет стойкость к разрушению. Равно как и режущая кромка, обладающая необходимой твёрдостью для сопротивления пластической деформации, вызываемой экстремальными температурами в зонах резания.

Кроме того, сплав должен иметь покрытие, предотвращающее износ по задней поверхности, лункообразование и нарост на режущей кромке. Важно, чтобы покрытие имело хорошую адгезию к основе: если адгезия плохая, то основа оголится, что приведёт к быстрому выходу пластины из строя.

Все эти требования обусловливают необходимость чёткого понимания структуры сплава для точения стали, чтобы при подборе нужного для вашей области применения сплава можно было принять взвешенное решение.
Структура твердосплавной пластины

Все твёрдые сплавы имеют основу из карбида вольфрама. Основой определяется прочность сплава и его стойкость к пластической деформации.

На твердосплавную основу обычно наносится несколько слоёв покрытия, например из карбонитрида титана (TiCN), оксида алюминия (Al2O3) или нитрида титана (TiN), придающих режущей кромке пластины необходимую прочность, адгезию и износостойкость. Секрет отличной стойкости к различным видам износа (износу по задней поверхности, лункообразованию и наростообразованию на кромке), адгезии к основе и повышения долговечности инструмента кроется в микроскопических деталях, учитываемых при создании покрытия.
Римская стена из щитов

В традиционном покрытии из оксида алюминия направление роста кристаллов хаотичное (см. Рис. 1a). Если контролировать рост кристаллов в слое покрытия так, чтобы они были ориентированы в одном направлении, как показано жёлтым на Рис. 1b, то можно добиться превосходной износостойкости.

Чтобы было проще понять мощь однонаправленной ориентации кристаллов, вспомним пример из истории Древнего Рима. Во время осады городов римские легионы часто выстраивали стену из щитов – такое боевое построение называли черепахой. Щиты всех воинов плотно смыкались, не оставляя промежутков. Когда легион шёл в атаку, такая стена из щитов помогала выдерживать ответный удар противника.

Ориентация кристаллов в слое покрытия работает аналогичным образом: плотно расположенные и ориентированные в одном направлении кристаллы ведут себя как щиты, повышая стойкость к сложным условиям в зоне резания.
Однонаправленная ориентация кристаллов

Специалисты по НИОКР в Sandvik Coromant открыли способ контролировать рост кристаллов в покрытии из оксида алюминия и ориентировать кристаллы в одном направлении, когда самая прочная часть оказывается на поверхности. Эта запатентованная технология нанесения покрытия под названием Inveio® является технологическим прорывом, выводящим пластины на новый уровень износостойкости и долговечности.

Плотно расположенные однонаправленные кристаллы создают прочный барьер в направлении зоны резания и образования стружки. Это помогает значительно повысить стойкость к лункообразованию и износу по задней поверхности у сплавов с покрытием Inveio®. Другой эффект состоит в том, что тепло быстрее отводится из зоны резания. Это позволяет режущей кромке дольше сохранять свою форму при резании. Результат: вы получаете предсказуемый долговечный инструмент.

В технологии Inveio® второго поколения, применённой в новейших сплавах Sandvik Coromant GC4415 и GC4425 для точения стали, преимущества однонаправленной ориентации кристаллов в покрытии стали ещё заметнее. Улучшенная ориентация кристаллов позволила добиться ещё более стабильных характеристик и значительно повысить износостойкость.
Прерывистое резание

Обсудив первые два аспекта, которые следует учитывать при выборе сплава пластины, а именно основу и покрытие, кратко остановимся на третьем: работоспособности пластин при прерывистом резании. Это важное условие, поскольку оно помогает избежать внезапных поломок пластин.

Ищите пластины, прошедшие процедуру последующей обработки, при которой покрытие пластины бомбардируют очень мелкие и острые частицы керамики. Представьте себе молот, ударяющий по покрытию для его укрепления. Пластины, подвергнутые эффективной последующей обработке, при прерывистом резании работают очень хорошо.
Новые сплавы GC4415 и GC4425

Sandvik Coromant недавно выпустил два новых сплава для точения стали ISO P. Сплавы GC4415 и GC4425 идеально подходят для предприятий, занимающихся крупно- и мелкосерийным производством.

Они получили новую основу, усиленную технологией Inveio®, обеспечивают надёжную работу и обладают превосходной износостойкостью. Кроме того, новый тип последующей обработки повышает производительность пластин из обоих сплавов при прерывистом резании, предотвращая внезапные поломки и позволяя обойти конкурентов в широком спектре областей применения.

Благодаря новым сплавам заказчики смогли повысить скорость резания (Vc) и значительно увеличить подачу (Fn). Одно машиностроительное предприятие подвергло заготовку из стали 4140, прошедшую термообработку, наружному черновому точению в нескольких направлениях пластиной в сплаве GC4425. По сравнению с использованной в том же процессе пластиной ISO конкурента заказчику удалось повысить производительность на 100%, в то же время сократив длительность обработки на 50%, а затраты на 30%.

Обработка ISO P сопряжена со сложностями. Помня при выборе сплава о нескольких важных аспектах, таких как прочность основы, и о новых технологических решениях в области материаловедения и инструментальной оснастки, можно резко повысить эффективность точения стали и общую производительность металлообрабатывающего цеха.