Обработка резанием никелевых сплавов

Никелевые сплавы можно успешно обрабатывать резанием. Однако необходимо знать, как свойства и химический состав этих сплавов влияют на их обрабатываемость. Никелевые сплавы характеризуются высокой прочностью при высоких температурах, а во время обработки металл нагревается, причем сталь и никелевые сплавы нагреваются с разной скоростью из-за разной теплопроводности. Многие упрочняемые выделением никелевые сплавы также содержат частицы титана и алюминия, которые обладают абразивными свойствами. В справочнике ASM Specialty Handbook: Nickel, Cobalt, and Their Alloys сплавы никеля разделены на 5 категорий, и для каждой категории указаны параметры различных видов механической обработки. В данной статье приведены параметры обработки для сплавов в отдельных категориях.

Категория A - никелевые сплавы, хорошо поддающиеся резке

К этой категории относятся в основном технически чистый никель, предназначенный для использования в агрессивных щелочных соединениях, в химической и электротехнической промышленности. Эти сплавы имеют низкую прочность и лишь в незначительной степени упрочняются деформацией.

Примерные ставки из этой категории:

Сплав ALLOY 200 / 2.4066 - коммерчески чистый никель. Высокая электропроводность и устойчивость к агрессивным средам с щелочной реакцией.

Сплав 205 — с небольшим добавлением магния и титана.

Alloy 212 — используется в электронике.

Как резать? Эти никелевые сплавы следует резать в закаленном состоянии после холодной обработки. В отожженном состоянии они слишком пластичны, даже «резиновые».

Параметры точения и сверления быстрорежущей сталью:

• черновая обработка: скорость 52 м/мин; подача 0,2 мм/оборот
• отделочная обработка: скорость 61 м/мин; подача 0,1 мм/оборот

Параметры сверления спиральным сверлом из быстрорежущей стали:

• сверло <1,6 мм
• скорость 17-23 м/мин
• ход 0,01-0,03 мм/оборот

Параметры нарезания резьбы и нарезания резьбы, быстрорежущая сталь:

• резьбонарезка: ход 5-8 мм/оборот
• резьбонарезка: скорость 7,6-9,1 м/мин

Параметры протягивания протяжкой из быстрорежущей стали:

• скорость 3,1-5,5 м/мин
• угол наклона 12-18°

Параметры строгания поперечного и продольного инструментами из быстрорежущей стали:

• грубо: глубина 16 мм; подача 0,13 мм; скорость 15-18 м/мин
• отделочные: глубина 0,25 мм; подача 6,35 мм; скорость 15 м/мин

Параметры торцевого и бокового фрезерования из стали 1.3343:

• грубо: подача 0,08-0,15 мм/зуб; скорость 21-32 м/мин
• чистовая обработка: подача 0,1-0,2 мм/зуб; скорость 41-67 м/мин

Параметры фрезерования цилиндрическим торцевым фрезой и фрезерования пазов из инструментальной стали (например, 1.3343):

• ход 0,03-0,10 мм/зуб;
• скорость 12-21 м/мин

Параметры резки ленточной пилой:

• сечение 1,6 мм: 0,6 зубьев/мм; скорость 32 м/мин
• сечение 6,4 мм: 0,4 зубьев/мм; скорость 23 м/мин
• сечение 25 мм: 0,3 зубьев/мм; скорость 15 м/мин
• сечение 76 мм: 0,2 зубьев/мм; скорость 15 м/мин

Параметры резки дисковой пилой:

• скорость 3,1-5,5 м/мин
• сечение 0,8 мм

Категория B - никелевые сплавы с хорошей обрабатываемостью

К этой категории относятся никель-медь и никель-железо сплавы. Эти сплавы обладают высокой стойкостью к морской воде и серной кислоте. Они также используются в электротехнической промышленности. Эти сплавы имеют более высокую механическую прочность, чем чистый никель, и более упрочняются при деформации. Большинство этих сплавов не поддаются упрочнению путем термообработки.

Примерные ставки из этой категории:

Сплав Монель® 400 — никель-медно-сплав с отличной стойкостью к коррозионному растрескиванию под напряжением. 

Kovar — сплав, разработанный таким образом, чтобы иметь такие же характеристики теплового расширения, как и боросиликат. Используется в электронных лампах.

Как резать? Эти никелевые сплавы лучше всего резать в состоянии, закаленном холодной обработкой, или закаленном и отпущенном.

Параметры точения и сверления быстрорежущей сталью:

• черновая обработка: скорость 27 м/мин; подача 0,25 мм/оборот
• чистовая обработка: скорость 30 м/мин; подача 0,13 мм/оборот

Параметры сверления спиральным сверлом из быстрорежущей стали:

• сверло 1,6-3,2 мм
• скорость 14-17 м/мин
• ход 0,03-0,05 мм/оборот

Параметры нарезания резьбы и нарезания резьбы, быстрорежущая сталь:

• резьбонарезка: ход 5-8 мм/оборот
• резьбонарезка: скорость 7,6-9,1 м/мин

Параметры протягивания протяжкой из быстрорежущей стали:

• скорость 3,1-5,5 м/мин
• угол наклона 12-18°

Параметры строгания поперечного и продольного инструментами из быстрорежущей стали:

• грубо: глубина 16 мм; подача 0,13 мм; скорость 12-15 м/мин
• отделочные: глубина 0,25 мм; подача 6,35 мм; скорость 12 м/мин

Параметры торцевого и бокового фрезерования стали 1.3343:

• грубо: подача 0,18-0,25 мм/зуб; скорость 17-26 м/мин
• финишная обработка: подача 0,15-0,25 мм/зуб; скорость 24-53 м/мин

Параметры фрезерования цилиндрическим торцевым фрезой и фрезерования пазов из инструментальной стали (например, 1.3343):

• грубо: подача 0,03-0,10 мм/зуб; скорость 12,5-20 м/мин
• финишная обработка: ход 0,03-0,10 мм/зуб; скорость 46-76 м/мин

Параметры резки ленточной пилой:

• сечение 1,6 мм: 0,7 зубьев/мм; скорость 38 м/мин
• сечение 6,4 мм: 0,6 зубьев/мм; скорость 23 м/мин
• сечение 25 мм: 0,4 зубьев/мм; скорость 15 м/мин
• сечение 76 мм: 0,3 зубьев/мм; скорость 15 м/мин

Параметры резки дисковой пилой:

• скорость 3,1-5,5 м/мин
• сечение 5 мм

Категория C — никелевые сплавы, поддающиеся достаточно хорошей механической обработке

В этой категории представлены в основном жаропрочные и устойчивые к воздействию кислотных химических соединений никель-хромовые и никель-железо-хромовые сплавы. При комнатной температуре они обладают механической прочностью, аналогичной аустенитным нержавеющим сталям.

Примерные ставки из этой категории:

Сплав Inconel 600 — основной жаропрочный сплав.

Сплав Inconel 690 — никель-хром-железовый сплав с высоким содержанием хрома. Термостойкий. Для высокотемпературных применений при контакте с соединениями азота, серы.

Сплав Inconel 601 — базовый жаропрочный и жаростойкий сплав с хорошим соотношением цены и качества.

Сплав Incoloy 825 — сплав Ni-Cr-Fe-Mo с отличной стойкостью к воздействию серной и фосфорной кислот, точечной коррозии, межкристаллитной коррозии и десульфурирующему напряженному растрескиванию.

Сплав Incoloy 800 — экономичный жаропрочный сплав с высоким содержанием железа. 

Как резать? Эти никелевые сплавы лучше всего резать в состоянии, закаленном холодной обработкой, или закаленном и отпущенном.

Параметры точения и сверления быстрорежущей сталью:

• черновая обработка: скорость 15 м/мин; подача 0,25 мм/оборот
• отделочная обработка: скорость 18 м/мин; подача 0,13 мм/оборот

Параметры сверления спиральным сверлом из быстрорежущей стали:

• сверло 3,2-4,8 мм
• скорость 8-11 м/мин
• ход 0,05-0,10 мм/оборот

Параметры нарезания резьбы и нарезания резьбы, быстрорежущая сталь:

• резьбонарезка: ход 3-5 мм/оборот
• резьбонарезка: скорость 3,7-5,5 м/мин

Параметры протягивания протяжкой из быстрорежущей стали:

• скорость 1,5-3,7 м/мин
• угол наклона 10-15°

Параметры строгания поперечного и продольного инструментами из быстрорежущей стали:

• грубо: глубина 10 мм; подача 0,13 мм; скорость 5-6 м/мин
• отделочные: глубина 0,25 мм; подача 6,35 мм; скорость 5 м/мин

Параметры торцевого и бокового фрезерования стали 1.3343:

• грубо: подача 0,08-0,15 мм/зуб; скорость 6-11 м/мин
• чистовая обработка: подача 0,10-0,15 мм/зуб; скорость 20-23 м/мин

Параметры фрезерования цилиндрическим торцевым фрезой и фрезерования пазов из инструментальной стали (например, 1.3343):

• грубо: подача 0,03-0,08 мм/зуб; скорость 5-8 м/мин
• финишная обработка: ход 0,03-0,10 мм/зуб; скорость 17-29 м/мин

Параметры резки ленточной пилой:

• сечение 1,6 мм: 0,6 зубьев/мм; скорость 27 м/мин
• сечение 6,4 мм: 0,5 зубьев/мм; скорость 23 м/мин
• сечение 25 мм: 0,4 зубьев/мм; скорость 15 м/мин
• сечение 76 мм: 0,3 зубьев/мм; скорость 15 м/мин

Параметры резки дисковой пилой:

• скорость 1,5-3,7 м/мин
• сечение 13 мм

Категория D1 — упрочненные никелевые сплавы, легко поддающиеся резанию в неупрочненном состоянии

В эту категорию входят некоторые упрочненные выделением никелевые сплавы в состоянии после перегрева, перед упрочнением. Их можно относительно легко резать.

Примерные ставки из этой категории:

Сплав Incoloy 925 в пересыщенном состоянии — сплав, устойчивый к широкому спектру коррозионных сред, обладающий высокой прочностью при низких температурах. Используется при добыче нефти и природного газа.

Duranickel 301 в пересыщенном состоянии — низколегированный, упрочняемый выделением никелевый сплав.

Как резать? Параметры точения и сверления указанных сплавов никеля в состоянии пересыщенного отжига:

Без деформации, быстрорежущая сталь:

• черновая обработка: скорость 12 м/мин; подача 0,76 мм/оборот
• чистовая обработка: скорость 15 м/мин; подача 0,2 мм/оборот

Без деформации, из твердого сплава:

• черновая обработка: скорость 61 м/мин; подача 0,51 мм/оборот
• чистовая обработка: скорость 76 м/мин; подача 0,02 мм/оборот

Усилены с помощью штамповки, быстрорежущая сталь:

• черновая обработка: скорость 18 м/мин; подача 0,25 мм/оборот
• чистовая обработка: скорость 21 м/мин; подача 0,13 мм/оборот

Упрочненные прессованием, карбидом:

• черновая обработка: скорость 76 м/мин; подача 0,25 мм/оборот
• чистовая обработка: скорость 91 м/мин; подача 0,02 мм/оборот

Параметры нарезания резьбы и нарезания резьбы, быстрорежущая сталь:

• резьбонарезка: ход 3-5 мм/оборот
• резьбонарезка: скорость 3,7-5,5 м/мин

Параметры протягивания протяжкой из быстрорежущей стали:

• скорость 1,5-3,7 м/мин
• угол наклона 10-15°

Параметры строгания поперечного и продольного инструментами из быстрорежущей стали:

• грубо: глубина 10 мм; подача 0,13 мм; скорость 6-9 м/мин
• отделочные: глубина 0,25 мм; подача 6,35 мм; скорость 6 м/мин

Параметры торцевого и бокового фрезерования из стали 1.3343:

• грубо: подача 0,08-0,13 мм/зуб; скорость 3-8 м/мин
• чистовая обработка: подача 0,2-0,3 мм/зуб; скорость 20-21 м/мин

Параметры фрезерования цилиндрическим торцевым фрезой и фрезерования пазов из инструментальной стали (например, 1.3343):

• грубо:ход 0,03-0,08 мм/зуб; скорость 5-11 м/мин
• финишная обработка: ход 0,03-0,10 мм/зуб; скорость 34-58 м/мин

Параметры резки ленточной пилой:

• сечение 1,6 мм: 0,7 зубьев/мм; скорость 23 м/мин
• сечение 6,4 мм: 0,5 зубьев/мм; скорость 12 м/мин
• сечение 25 мм: 0,4 зубьев/мм; скорость 9 м/мин
• сечение 76 мм: 0,3 зубьев/мм; скорость 9 м/мин

Параметры резки дисковой пилой:

• скорость 1,8 м/мин
• сечение 25 мм

Категория D2 — трудносрезаемые никелевые сплавы

В эту категорию входят сплавы из категории D1, но в состоянии упрочнения выделением, а также многие сплавы, упрочненные выделением, независимо от того, находятся ли они в состоянии упрочнения или отжига, а также некоторые сплавы, упрочненные растворением. 

Примерные ставки из этой категории:

Сплав Incoloy 925 в упрочненном состоянии — описание выше.

Duranickel 301 в пересыщенном состоянии — описание выше.

Сплав Hastelloy X — Ni-Cr-Fe-Mo-сплав, упрочненный раствором, жаропрочный и устойчивый к напряженному растрескиванию до 1200 °C.

Сплав Inconel 625 — никелевый сплав, устойчивый к жаре и термостойкий до 825 °C.

Сплав Inconel 725 — версия Inconel 625 с более высокой механической прочностью.

Сплав Inconel 718 — один из самых популярных суперсплавов, используемый в авиации и при добыче нефти и газа.

Сплав Hastelloy C-276 — чрезвычайно коррозионно-стойкий и свариваемый.

Сплав Inconel X-750 — жаропрочный сплав для элементов газовых турбин.

Сплав Alloy 901 — легированный сплав, упрочненный выделением, для работы при температуре до 600 °C.

Сплав Alloy 617 — основной жаропрочный сплав.

Сплав 90 (N07090) Nimonic® — жаропрочный сплав, выдерживающий температуру до 920 °C.

Как резать? Эти сплавы следует подвергать черновой обработке в отжигаемом состоянии и чистовой обработке в упрочненном состоянии (все приведенные ниже параметры предполагают черновую обработку в неупрочненном состоянии и чистовую обработку в упрочненном состоянии). Следует помнить, что при старении происходит уменьшение размера примерно на 0,07%, что следует учитывать на этапе грубой обработки.

Параметры точения/сверления грубо в отпущенном состоянии (85 HRB):

• быстрорежущая сталь: скорость 5 м/мин; подача 0,25 мм/оборот
• карбид: скорость 23 м/мин; подача 0,2 мм/оборот
• керамическим лезвием: скорость 76-305 м/мин; подача 0,25 мм/оборот

Параметры точения/сверления в закаленном состоянии (45 HRC):

• быстрорежущая сталь: скорость 5 м/мин; подача 0,1 мм/оборот
• карбид: скорость 34 м/мин; подача 0,13 мм/оборот
• керамическим режущим инструментом: скорость 122-396 м/мин; подача 0,1 мм/оборот

Параметры сверления спиральным сверлом из быстрорежущей стали:

• в отжиженном состоянии: сверло 9,5-11 мм; скорость 3-4 м/мин; подача 0,10-0,18 мм/оборот
• в усиленном состоянии: сверло 13-17 мм; скорость 2-3 м/мин; подача 0,15-0,25 мм/оборот

Параметры нарезания резьбы и нарезания резьбы, быстрорежущая сталь:

• резьбонарезка: ход 1,5-3 мм/оборот;
• резьбонарезка: скорость 0,9-1,1 м/мин

Параметры протягивания протяжкой из быстрорежущей стали:

• скорость 1,8 м/мин
• угол наклона 8-10°

Параметры строгания поперечного и продольного инструментами из быстрорежущей стали:

• черново, в отжиженном состоянии: глубина 10 мм; подача 0,13 мм; скорость 1,5-3 м/мин
• отделочные: глубина 0,25 мм; подача 6,35 мм; скорость 1,5 м/мин

Параметры торцевого и бокового фрезерования из стали 1.3343:

• черново: подача 0,08-0,13 мм/зуб; скорость 3-8 м/мин
• чистовая обработка: подача 0,2-0,3 мм/зуб; скорость 20-21 м/мин

Параметры фрезерования цилиндрическим торцевым фрезой и фрезерования пазов из инструментальной стали (например, 1.3343):

• черново, в неукрепленном состоянии: подача 0,03-0,08 мм/зуб; скорость 3-6 м/мин
• отделочные, в усиленном состоянии: ход 0,03-0,10 мм/зуб; скорость 20-34 м/мин

Категория E — никелевые сплавы для резки

В эту категорию входит Monel R-405®, сплав с добавлением серы, специально разработанный для легкой резки и предназначенный для производства винтов и других соединительных элементов.

Параметры точения и сверления:

В отпущенном состоянии (65 HRB), быстрорежущая сталь:

• черновая обработка: скорость 21 м/мин; подача 0,76 мм/оборот
• чистовая обработка: скорость 24 м/мин; подача 0,2 мм/оборот

В отжиженном состоянии, карбид C-6:

• черновая обработка: скорость 84 м/мин; подача 0,51 мм/оборот
• чистовая обработка: скорость 99 м/мин; подача 0,02 мм/оборот

В закаленном состоянии (100 HRB), быстрорежущая сталь:

• черновая обработка: скорость 37 м/мин; подача 0,25 мм/оборот
• чистовая обработка: скорость 40 м/мин; подача 0,13 мм/оборот

В усиленном состоянии, с твердым сплавом:

• черновая обработка: скорость 107 м/мин; подача 0,2 мм/оборот
• отделочная обработка: скорость 122 м/мин; подача 0,1 мм/оборот