Изучение влияния ионной имплантации на эксплуатационные характеристики режущего инструмента

 Влияние ионной имплантации на стойкость  в зависимости от условий работы инструмента.

Аннотация

Проведены  лабораторные и производственные испытания концевых фрез из твердого сплава H10F при точении жаропрочного сплава ЭП 718. Показано, что ионная имплантация способствует  повышению стойкости инструмента. Проведен анализ характера износа инструмента в зависимости от условий работы.

Введение

В настоящее время при изготовлении деталей газотурбинных двигателей используется технологический процесс фрезирование с использованием монолитных торцевых фрез.  

Цель данной работы — изучение влияния ионной имплантации на эксплуатационные характеристики режущего инструмента. Подбор имплантируемого элемента в зависимости от режимов работы.

Исследовались монолитные концевые фрезы  из материала H10F (90% WC, 10% Со). Имплантацию производили на установке «Вита». 

     Имплантированные фрезы подвергались серийным производственным испытаниям на 5 координатных обрабатывающих центрах 500VB с часовым программным управлением  при изготовлении лопаток ГТД на режимах соответствующих технологии изготовления лопаток. Лабораторные испытания проводились на станке 6Р10.

Обсуждение и анализ результатов

Анализ результатов производственных испытаний показывает, у инструмента имплантированного азотом,  при обработке лопаток из жаропрочного сплава ЭП 718 стойкость повышается в среднем на 90 %, в случае имплантации иттербия увеличение стойкости незначительно.

Таб. 1 Сводная таблица результатов производственных испытаний инструмента

инструмент	инструментальный материал	обрабатываемый материал	имплантируемый элемент	стойкость инструмента
Фреза торцевая	H10F	ЭП 718	N+	1,9
Фреза торцевая	H10F	ЭП 718	Yb+	1,1

При детальном рассмотрении характера износа режущей части фрезы наблюдается классический случай, т.е. износ инструмента обуславливается  адгезией и истиранием кобальта, а этот процесс интенсифицируется, если сдвиговые усилия достаточны для выдавливания мягкой кобальтовой связки между зернами карбида (при обработке относительно вязкого сплава ЭП 718 усилия сдвига большие). Истирание и адгезия кобальта приводит к выкрашиванию карбидов. Имплантированный азот сегрегирует к дислокациям в кобальте, а поскольку кобальт не образует стабильных нитридов имплантированные атомы остаются в твердом растворе что приводит к искажению решетки и упрочнении твердого сплава. (1)    Аналогичный износ наблюдается на фрезах в исходном состоянии.

интенсивной ударной нагрузки возникающих вследствие вибрации. В данных условиях резания упрочняющее воздействие на инструмент при имплантации азота  приводит к его охрупчиванию, что влечет за собой хрупкое разрушение  и снижение стойкости инструмента.

Испытания проведенные при обработке лопаток были продублированы в условиях экспериментально - механической лаборатории отдела главного технолога УМПО. Испытания проводились на станке 6Р10 при попутном фрезировании на чистовых режимах соответствующих режимам обработки лопатки:

глубина фрезирования t=2мм

подача на зуб S_з=0,045 мм/зуб

ширина обработки В=(D-2)мм, где D – диаметр фрезы

вылет фрезы Н=3D

биение 0,04 мм.

В качестве смазывающе-охлаждающей жидкости использовалась эмульсия «Укринол - 1М».

Рис.1. Схема резания в лабораторных условиях

Таб. 2 Сводная таблица результатов лабораторных испытаний инструмента при резании материала ЭП-718

инструмент	инструментальный материал	имплантируемый элемент	Скорость резания м/мин	стойкость инструмента L, м
Фреза торцевая	H10F	N+
Фреза торцевая	H10F	Y+

Рис.  Зависимость длины резания от скорости резания при обработке материала ЭП – 718 фрезами с различными имплантируемыми элементами