В авиационной технике применяется большое количество марок сталей и сплавов со специальными свойствами, что вызывает необходимость повышения стойкости инструмента [1-4].
Основными требованиями, предъявляемыми к материалам для изготовления режущей части инструмента, являются:
-высокие износостойкость и красностойкость (теплостойкость), определяющие уровень максимально допустимых значений скорости резания при данных условиях обработки;
-повышенные прочностные характеристики, прежде всего ударная вязкость, предел прочности при изгибе и сжатии, определяющие возможность применения данного инструментального материала для определённых условий резания. Дополнительными требованиями к инструментальным материалам при обработке труднообрабатываемых сплавов являются, возможно, большая теплопроводность и малое химическое сродство с обрабатываемым материалом. Исходя из этих условий для каждой пары материалов - инструмент и заготовка – установлен предельный режим резания, обусловленный теплостойкостью инструмента и его разрушением.
Быстрорежущие стали и сплавы, применяемые в авиационной промышленности, можно разделить на три группы:
-стали нормальной теплостойкости (615…620 ºС): вольфрамовые (Р18, Р12, Р9), вольфрамомолибденовые (Р6М5, Р6М3);
-стали повышенной теплостойкости (625…640 ºС): вольфрамокобальтовые (Р9К5, Р9К10); вольфрамованадиевые (Р18Ф2, Р14Ф4); вольфрамовые и вольфрамомолибденовые с кобальтом и ванадием (Р10К5Ф5, Р9М4К8Ф);
-сплавы высокой теплостойкости (700…725 ºС): безуглеродистые (В18М7К25, В18М4К25, В7К25); углеродистые (25В20К25ХФ, 3В20К16ХФ).
Требования повышения эксплуатационных характеристик изделий приводит к применению новых специальных конструкционных материалов – металлов и сплавов, трудно поддающихся механической обработке вследствие повышенной твердости, вязкости, хрупкости, склонности к прижогам и микротрещинам. Качественная обработка указанных материалов традиционными методами становится либо очень трудоемкой, либо слишком дорогой [5-9].
Отсюда следует вывод, что повышение теплостойкости (красностойкости) и износостойкости наряду с высокой прочностью и пластичностью инструмента из быстрорежущих сталей является важнейшей проблемой при изготовлении авиационной техники.
Основными технологическими операциями изготовления режущего инструмента являются: металлургическое производство полуфабрикатов, механическая обработка, термическая обработка, механическая доводка, упрочнение, восстановление после эксплуатации. Каждая из перечисленных операций может служить причиной появления дефектов в готовом инструменте.
Основным недостатком, влияющим на прочностные свойства режущего инструмента, является карбидная неоднородность, которая наиболее выражена в быстрорежущих сталях с повышенным содержанием вольфрама, ванадия и кобальта. Структура и свойства быстрорежущих сталей, при которых обеспечивается наибольшая производительность резания, часто не совпадают с необходимыми для получения поверхности режущего инструмента с минимальной шероховатостью [10-14].
Обезуглероживание, окисление и разрушения в поверхностном слое быстрорежущих сталей возникают при нагреве для горячей деформации, отжига и закалки, выполняемом без применения защитных сред, если слой, в котором они возникли, не снимается при последующей механической обработке (шлифовании и др.). Анализом влияния основных технологических операций изготовления режущего инструмента на его структурную неоднородность и свойства установлено, что деградация (коробление, хрупкое разрушение, трещинообразование) режущего инструмента обусловлена накоплением структурной неоднородности (карбидной неоднородностью, величиной зерна, оплавлением границ зёрен крупноигольчатого мартенсита, нарушением химического состава, образованием растягивающих напряжений), причем восстановлению такой инструмент практически не подлежит [15-18].
Поэтому необходима разработка принципиально нового высокоэффективного технологического процесса повышения стойкости, износостойкости и пластичности режущего инструмента.