Повышение износостойкости твердосплавного деревообрабатывающего инструмента с помощью химико-термической обработки

Размещено на http://allbest.ru

Повышение износостойкости твердосплавного деревообрабатывающего инструмента с помощью химико-термической обработки

Углов В.В., Кулешов А.К., Русальский Д.П., (БГУ)

Чаевский В.В., Гришкевич А.А., (БГТУ)

Минск, РБ

В настоящее время в Республике Беларусь из-за расширения ассортимента обрабатываемых материалов на основе древесины (слоистые ламинаты, ДСтП, ЦСП), интенсификации работы серийного оборудования назрела необходимость в разработке недорогих эффективных технологий, направленных на увеличение стойкости и долговечности твердосплавного деревообрабатывающего инструмента.

Современные исследования [1-3] показали, что химические механизмы износа при деревообработке, такие как коррозия и окисление, играют значительную роль в разрушении режущей кромки твердосплавного инструмента. По мере роста температуры в режущем контакте инструмента продукты дерева разлагаются во множество химических соединений (до 213).

Машинная обработка средней плотности ДВП и ДСП, ламината производит дополнительно к соединениям распада древесины формальдегид, восковые и клеевые наполнители.

Формирующиеся при резании химически активные продукты распада взаимодействуют с кобальтом, инициируя процесс выкрашивания зерен карбидов сплава, происходят окислительные процессы в зернах карбидов и кобальтовой связке.

В результате режущая кромка быстро теряет свою остроту и режущую способность. сульфацианирование фрезерный инструмент твердосплавный

Для снижения износа, инициируемого химическим взаимодействием, в данной работе исследовалось влияние химико-термической обработки на свойства твердосплавного деревообрабатывающего инструмента с целью формирования поверхностных слоев, обладающих высокими антифрикционными свойствами и содержащих адсорбционно активные к фазовым составляющим сплава атомы.

Объектами исследования в данной работе являлись образцы режущих пластин из твердого сплава Т15К6 и из твердого сплава марки «FABA» (Германия), имеющий отечественный аналог типа ВК3, фрезерного инструмента, подвергшиеся химико-термической обработке (ХТО) в порошке тиомочевины (сульфацианирование).

Сульфацианирование образцов выполнялось в порошке тиомочевины (NH₂-CS-NH₂) в течение 6 часов при постоянной температуре.

Образцы твердого сплава Т15К6 после воздействия ХТО были исследованы при помощи сканирующей электронной микроскопии. На рисунках 1 и 2 представлены фотографии поверхности и интенсивность характеристического рентгеновского излучения элементов при сканировании по поверхности образца сплава Т15К6 без обработки и после ХТО соответственно.

Рисунок 1 - СЭМ-фотографии микроструктуры поверхности образца сплава без обработки (а), после ХТО (б)

Из рисунка 1 и 2 следует, что микроструктура поверхности сплава пресдставляет собой смесь частиц карбидов вольфрама (ограненные светлые включения) и титана (серые включения), которые скреплены, распределенной по границам карбидов кобальтовой связкой (темно-серые изломанные линии и включения).

Изменение вида картины СЭМ (рисунок 1) после ХТО обработки означает формирование на поверхности пленки из более легких элементов, чем элементы из которых состоит исходный сплав. Кроме того, как видно из результатов рентгеновского энергодисперсионного анализа, представленного на рисунке 2, на поверхностни образца присутствует сера. Количественный анализ этих данных (с использованиенм эталонов) показал значение в 3-4 атомные доли усредненной концентрации серы для слоя 3-4 мкм.

Рисунок 2 - Интенсивность характеристического рентгеновского излучения элементов (W, S, Ti, Co) с поверхности сплава Т15К6 после ХТО при сканировании вдоль линии (изображена на вставке)

Толщина слоя соответствует количественной оценке средней глубины проникновения электронов в сплав. В состав тиомочевины помимо серы также входит азот и углерод.

При нагреве и разложении тиомочевины эти элементы также могут проникать в обрабатываемый материал по границам карбидных зерен и порам при воздействии ХТО.

Однако, ввиду того, что линия характеристического излучения азота совпадают с титаном, а углерод присутствует в твердом сплаве изначально, выделить эти внедренные при ХТО элементы не представилось возможным

Для иследования распределения элементов в сплаве по глубине в результате воздействия ХТО были сделаны поперечнве шлифы образцов сплава и проведены исследования распределения интенсивности характеристического рентгеновского излучения элементов (C, O, W, S, Ti, Co) по поверхности поперечного шлифа сплава.

Фотография поперечного сечения и интенсивность характеристического рентгеновского излучения указанных элементов при сканировании по поперечному шлифу образца сплава Т15К6 после ХТО представлена на рисунках 3 и 4 соответственно.

Рисунок 3 - СЭМ-фотография поперечного шлифа образца сплава Т15К6 после ХТО

Из рисунка 4 видно, что на поверхности образца сера распределена не равномерно.

На поверхности образца наблюдается увеличенное содержание серы и углерода, т.е. в результате ХТО на поверхности образца образуется пленка с повышенным содержанием серы, углерода толщиной порядка 0,5 мкм.

Кроме того, в глубине образца твердого сплава (1 - 2 мкм) также наблюдается неравномерное увеличенное распределение серы, превышающее фон на тех глубинах, где содержание кобальта наиболее значительно по отношению к вольфраму и титану.

Рисунок 4 - Интенсивность характеристического рентгеновского излучения элементов (C, O, W, S, Ti, Co) с поверхности поперечного шлифа сплава Т15К6 после ХТО при сканировании вдоль линии (изображена на вставке). Рисунок (б) является увеличенной областью 0...2 мкм из рисунка (а)

Это свидетельствует о проникновении серы вглубь сплава по границам карбидов, где располагается кобальт.

Для установления влияния химико-термической обработки твердого сплава, на его стойкость при резании деревосодержащих материалов были проведены промышленные испытания модифицированных режущих пластин из сплава ВК3 на предприятии ЧПУП «БЕЛДАРМЕБЕЛЬ».

Испытания проводили фрезерованием древесно-стружечных двусторонне-ламинированных плит толщиной 16 мм на фрезере Makita 3612C с двумя режущими ножами из сплава ВК3. Результаты испытания показали повышение эксплуатационной стойкости режущих пластин на 20 % (рисунок 5).

Рисунок 5 - Эксплуатационная стойкость исходных и обработанных режущих пластин из сплава ВК3

Выводы

1 Длительное сульфацианирования твердого сплава Т15К6 в порошке тиомочевины позволяет формировать на его поверхности покрытие с повышенным содержанием серы, углерода толщиной 0,5 мкм. Атомы серы проникают в сплав на глубину до 2 мкм, располагаясь по границам карбидных зерен сплава.

2 Промышленные испытания модифицированного сульфацианированием инструмента с двумя режущими ножами из сплава ВК3 показали повышение периода его стойкости (20 %) при фрезеровании ламинированных древесно-стружечных плит толщиной 16 мм на станке Makita 3612C.

Библиографический список

1. Aronson R. Современные материалы в машиностроении: их особенности и область применения // Manufacturing Engineering. - v. 127. - № 3, 2002.

2. А.А. Рыжкин, В.В. Зотов, Д.П. Глоба, Ф.А. Висторопская Трибохимический аспект влияния износостойких покрытий на износ при резании // Вестник Донского государственного технического университет. - Т.10. - №6., 2010.

3. United States Patent, 6241799, Corrosion resistant cemented carbide - Junе 5, 2001.

Аннотация

Повышение износостойкости твердосплавного деревообрабатывающего инструмента с помощью химико-термической обработки. Углов В.В., Кулешов А.К., Русальский Д.П., (БГУ, Минск, РБ), Чаевский В.В., Гришкевич А.А., (БГТУ, Минск, РБ), uglov@bsu.by

Промышленные испытания модифицированного сульфацианированием инструмента из сплава ВК3 показали повышение периода его стойкости (20 %) при фрезеровании ламинированных древесно-стружечных плит. При сульфацианировании на поверхности сплава формируется слой, обогащенный серой и углеродом.

Annotation

Wear-resistance enhancement of hard-alloy wood-working tool by chemicothermal treatment. Uglov V.V., Kuleshov A.K., Rusalsky D.P., Chayevsky V.V., Grishkevich A.A., Minsk

By means of chemicothermal treatment of WC3 grade wood-working tool when cutting laminated wood chip plate materials the enhancement of tools wear-resistance by 20 % was obtained. The surface layer with high contents of carbon and sulfur was formed by chemicothermal treatment.

Размещено на Allbest.ru