Способ обработки режущих пластин из твердого сплава Т15К6
METHOD FOR PROCESSING CUTTING INSERTS MADE OF HARD ALLOY T15K6

Изобретение относится к области машиностроения, в частности к обработке лазером при изготовлении и ремонте различных машин и механизмов. Известен способ поверхностной импульсной лазерной обработки материалов (Коваленко B.C. Упрочнение деталей лучом лазера. - Киев: Техника, 1981. - 131 с.; SU 1752514 А1 07.08.1992; А.Г. Григорьянц, А.Н. Сафонов. Основы лазерного термоупрочнения сплавов. - М.: Высшая школа, 1988, кн. 3, с. 98-102, 118-119, кн. 6, с. 106-107, 124; технология «Laser shot peening». Институт лазерной физики (г. Санкт- Петербург)), который представляет собой последовательную закалку материала изделия при облучении лазером. Основные недостатки поверхностной импульсной лазерной обработки изделий следующие: - одновременное упрочнение нескольких поверхностей недопустимо; - прилегающие поверхности после импульсной лазерной обработки ослаблены против действия сил хрупкого разрушения; - процесс продолжителен во времени (за счет многократного облучения одного изделия) и требует значительных энергетических затрат; - при износе или переточке изделия упроченный слой удаляется.
2
3
2
3
Наиболее близким к заявляемому способу является способ упрочнения режущего инструмента из карбидсодержащих сплавов, заключающийся в том, что пластины подвергают лазерной обработке с использованием лазера непрерывного воздействия при плотности мощности лазерного излучения 2⋅106 Вт/м2, скорости распространения лазерного луча в пределах 2⋅10-2±1⋅10-2 м/с, при этом диаметр луча устанавливают от 1,5⋅10-3 до 2,5⋅10-3 м, а расстояние от режущей кромки до места облучения от 1 до 1,5 мм, причем перед непрерывным лазерным воздействием производят карбонитрацию в ванне карбонитрации при температуре от 540°C до 580°C в расплаве солей на основе 20% цианата калия KCNO и калия углекислого КСО - 80% поташа КСО с выдержкой в течение 30 мин [Патент N2688104, C1, C21D 1/09, 17.05/2019]. Недостатками известного способа являются:
- твердый сплав только группы ВК;
- относительно малая степень упрочнения режущих пластин из твердых сплавов;
- низкая стойкость режущих пластин из твердых сплавов к воздействию ударных нагрузок.
Заявляемое изобретение направлено на увеличение степени упрочнения и стойкости к воздействию ударных нагрузок.
Техническим результатом предлагаемого изобретения является повышение эксплуатационных свойств твердых сплавов введением после непрерывного лазерного воздействия отпуска, что увеличивает стойкость при резании твердых сплавов.
6
6
2
-2
-2
-3
-3
Техническая задача решается тем, что cпособ обработки режущих пластин из твердого сплава Т15К6, включает лазерную обработку режущих пластин из твердого сплава Т15К6 с использованием лазера непрерывного воздействия, отличающийся тем, что лазерную обработку проводят при плотности мощности лазерного излучения 0,5⋅10 - 1,5⋅10 Вт/м, скорости распространения лазерного луча 0,5⋅10 - 1,5⋅10 м/с, при этом диаметр луча составляет 0,5⋅10 - 1,5⋅10 м, а расстояние от режущей кромки пластины до места облучения составляет 0,5-1,0 мм, после лазерной обработки осуществляют отпуск в графитовом тигле в засыпке графита ГК-1 при температуре 550 - 650°С и выдержке 30 - 90 мин.
Для пояснения способа обработки режущих пластин из твердого сплава Т15К6 на фиг.1 показан внешний вид твердосплавной пятигранной пластины Т15К6 после непрерывной лазерной обработки и отпуска, увеличение 1:1, на фиг.2 показан график изменения твердости твердосплавных пластин Т15К6 в зависимости от температуры отпуска после непрерывного лазерного воздействия, на фиг.3 показана микроструктура твердого сплава Т15К6 после непрерывного лазерного воздействия и отпуска при температуре 550°С, 1455НV, износ 0,02 мм, а - увеличение 640, б - увеличение 1280, на фиг.4 - микроструктура твердого сплава Т15К6 после непрерывного лазерного воздействия и отпуска при температуре 600°С, 1492НV, износ 0,02 мм, а - увеличение 640, б - увеличение 1280, на фиг.5- микроструктура твердого сплава Т15К6 после непрерывного лазерного воздействия и отпуска при температуре 650°С, 1485 НV, износ 0,02 мм, а - увеличение 640, б - увеличение 1280.
Способ обработки режущих пластин из твердого сплава Т15К6 осуществляют следующим образом:
отп
После непрерывного лазерного воздействия до и после отпуска (Т= 600°С ± 50°С, выдержка 60±30 мин) образцов были определены твердость и износ при резании по задней и передней поверхности (таблица 1 и фиг.2).
Таблица 1
Видтермообработкаобразца
Температура, °С
HV
текущая
средняя
Исходный
151014581510
1493
Лазерная обработка
1⋅10<sup>6</sup>Вт/мм<sup>2</sup>, 1⋅10<sup>-2</sup> м/с
218021602200
2180
Лазерная обработка (ЛО) + отпуск
550
201020202000
2010
600
205820482068
2058
650
210820612061
2077
Характеристика исследуемых образцов после отпуска в графитовом тигле приведены в таблице 2.
Результаты исследований на данном этапе показали, что отпуск в графитовом тигле эффективно проводить для сплава Т15К6 при температуре 600°С.
Как показали результаты исследований, лазерная обработка с последующим отпуском обеспечивает стабильность свойств, износ при резании уменьшился в 3 раза по сравнению с исходным сплавом. Резание проводилось торцевым точением от центра к периферии n= 400, t = 1 мм, s =0,1 мм/об. Износ задней грани твёрдого сплава Т15К6 после лазерной обработки с дальнейшим отпуском уменьшился с 0,45 до 0,02 мм.
Таблица 2
Режим
Т15К6
ЛО+ отпуск при 550°С
Твёрдость увеличилась на 25 %
ЛО+ отпуск при 600°С
Твёрдость увеличилась на 27 %
ЛО+ отпуск при 650°С
Твёрдость увеличилась на 28 %
После проведения лазерной обработки с последующим отпуском твёрдого сплава Т15К6 были приготовлены шлифы и изучены микроструктуры данного сплава при различных увеличениях. Изучение микроструктуры твердосплавных пластин проводили на металлографическом микроскопе Altamy Met 3 с последующим фотографированием микроструктуры на цифровом фотоаппарате (фиг.3-5).
6
2
-2
отп
Твёрдый сплав Т15К6 при увеличении температуры отпуска (лазерная закалка, отпуск) меняет свою микроструктуру следующим образом: происходит насыщение кобальтовой связки вольфрамом и титаном, которое ведет к увеличению количество тёмной фазы -β-кобальт, что ведёт к повышению твёрдости образцов ( фиг.3- микроструктура твердого сплава Т15К6 после лазерная обработка с дальнейшим отпуском (1⋅10Вт/мм, 1⋅10 м/с, Т= 600°С - 60 мин), 2058 НV, износ 0,01 мм, а - увеличение 640, б - увеличение 1280.,
Влияние лазерной обработки с последующим отпуском на износ поверхности (таблица 3) твёрдого сплава Т15К6 изучено в следующей серии экспериментов.
Таблица 3
Маркаматериала
Вид обработки
Пределпрочности при изгибе, МПа
Твердость,НV
Износ при резании, мм
задняя поверхность
передняя поверхность
Т15К6
Исходный
1500
1493
0,3
0,15
1⋅10<sup>6</sup>Вт/мм<sup>2</sup>, 1⋅10<sup>-2</sup> м/с, Т<sub>отп</sub>= 600°С - 60 мин
2150
2058
0,04
0,06
6
2
-2
отп
Анализ результатов проведённых экспериментальных работ по повышению механических и эксплуатационных свойств твёрдого сплава групп ТК и сравнение с прототипом приведены в таблице 4. После лазерной обработки с отпуском образцов по режиму: 1⋅10Вт/мм, 1⋅10 м/с, Т= 600°С - 60 мин твёрдость увеличилась на 25 %, износ при резании уменьшился в 4 раза.
Таблица 4
Маркаматериала
Вид обработки
Пределпрочности при изгибе, МПа
Твердость,НV
Т15К6
Исходный
1500
1493
Лазерная обработка с отпуском
2150
2058
Прототип
1500