Крепкий орешек. Изготовление вольфрамовой мормышки

сплавов следующие.

Малая пластичность, приближающая их по свойствам к высокопрочным

материалам. По этому параметру (способности к упрочнению) титановые

сплавы резко отличаются от жаропрочных. Поэтому при обработке титановых

сплавов вследствие их пониженной пластичности величина составляющей Рz

силы резания на 20% ниже, чем для сплавов на основе железа.

1.Малая пластичность титановых сплавов приводит к тому, что при их

обработке образуется специфическая стружка, по внешнему виду похожая на

сливную, имеющая трещины, которые разделяют ее на очень слабо

деформированные элементы, прочно связанные между собой тонким и сильно

деформированным контактным слоем. Образование такой формы стружки

объясняется тем, что с ростом скорости резания пластическая деформация

не успевает протекать в основном объеме, концентрируясь в контактном слое,

где возникают высокие давления и температуры. В связи с этим в отличие

от обычных сталей у титановых сплавов меняется вид стружки с ростом

скорости резания в обратном направлении: сливная стружка переходит в

элементную. Это изменение формы стружки у менее пластичных титановых

сплавов или при обработке с большими подачами происходит при меньших

скоростях резания. Так, при обработке титанового сплава ВТ2 элементная

стружка образуется при меньших скоростях резания, чем при обработке

сплава ВТ1.

2.Высокая химическая активность , выражающаяся при обработке

резанием способностью титановых сплавов к активному взаимодействию с

окружающей средой. Благодаря этому по мере увеличения температуры

в зоне резания происходит сильное поглощение кислорода и азота воздуха, что

способствует повышенному окислению. Это вызывает интенсивное

окалинообразование и охрупчивание материала вследствие диффузии

кислорода в обрабатываемый материал и его наводороживания. Поэтому при

обработке резанием титановых сплавов выделяется относительно меньшее

количество тепла, чем при обработке резанием жаропрочных сплавов.

3.Вместе с тем титановые сплавы имеют еще более худшую теп-

лопроводност ь, чем жаропрочные стали и сплавы; вследствие этого при

резании титана возникает в среднем в 2,2 раза большая температура, чем при

обработке стали 45. Поэтому температура в зоне резания вследствие плохой

теплопроводности титана продолжает оставаться высокой, вызывая тем самым

структурные превращения и сильное взаимодействие с воздухом. В

результате пониженных пластических свойств титановых сплавов образова-

ние в процессе деформации опережающих макро- и микротрещин занимает

значительное место.

В ряде случаев в результате поглощения кислорода и азота воздуха при

обработке титановых сплавов получается так называемая отрицательная усадка

(k / l <0), т. е. длина образующейся стружки l с больше пути резания l. При

обработке на тех же режимах резания, но в струе аргона, отрицательной

усадки не наблюдается. Уменьшение усадки стружки с ростом скорости

резания объясняется также резким снижением сил трения стружки о переднюю

поверхность режущей части резца. Титановые сплавы характеризуются

высокими коэффициентами трения (0,5 ÷ 0,6), что ограничивает их применение

для подвижных соединений. Несмотря на это, в процессе резания на

контактных поверхностях коэффициент трения снижается до 0,2 ÷ 0,3. Это

примерно в 1,5 раза меньше, чем для жаропрочной стали ЭИ787. Малая

усадка стружки приводит к повышенной скорости скольжения ее по передней

поверхности инструмента при тех же скоростях резания.

Рассмотренные выше особенности резания титановых сплавов и

прежде всего высокая активность титана по отношению к кислороду и азоту

воздуха резко снижает площадь контакта стружки с передней поверхностью

инструмента; по сравнению с обработкой конструкционной стали той же

твердости эта площадь снижается в 2-3 раза. Окисление контактного слоя

стружки приводит

к повышению ее твердости. Малая площадь контакта стружки, сочетаясь с

достаточно высокой прочностью титановых сплавов, приводит к большим

нормальным давлениям и при повышенной твердости стружки — к повышенному

износу, а при малой теплопроводности титана — к высоким температурам,

вызывающим явления схватывания и задиры. С другой стороны, активное

воздействие внешней среды при обработке титана резанием вызывает интен-

сивное наростообразование.

4.Так же как и при обработке нержавеющих и жаропрочных материалов,

титановые сплавы оказывают высокое абразивное воздействие на инструмент

вследствие содержания в них высокотвердых включений в виде окислов

нитридов и карбидов; титановые сплавы характеризуются и пониженной

виброустойчивостью движения резания. При обработке титановых сплавов

происходит увеличение составляющих Ру и Рх силы, резания при относительно

небольшой Pz. В отличие от жаропрочных титановые сплавы сильно снижают

свою прочность при повышении температуры. Интенсивность уменьшения

прочности превышает даже эти значения для сплавов на основе железа.

Обработка резанием по корке многих кованых, прессованных или литых

заготовок из титановых или других видов труднообрабатываемых материалов

вызывает дополнительное ухудшение обрабатываемости. Это обусловлено

усиленным абразивным и ударным воздействием на рабочие поверхности

инструмента неметаллических включений, окислов сульфидов, силикатов, а

также. многочисленных пор, образующихся в поверхностном слое при отливке

или прессовании. Последнее еще более усиливается значительными поверхност-

ными неровностями корки.

5.При определении оптимальных режимов резания титановых сплавов

особое внимание следует уделять вопросам техники безопасности.

Образование тонкой стружки , тем более пыли, в процессе

стружкообразования приводит к ее легкому воспламенению с интенсивным

горением. Титановая стружка, покрытая маслом, склонна к самовозгоранию.

Пылеобразная стружка взрывоопасна и вредна для здоровья обслуживающего

персонала. Учитывая изложенное, не следует допускать скоплений титановой

стружки; при обработке резанием титановых сплавов не следует назначать

подачи менее 0,08 мм/об, работать инструментом с износом более 0,8-1,0

мм, со скоростями резания более 100 мм/мин. При точении титанового сплава

ВТ1 допускается большая скорость резания- до 150 м/мин.

По обрабатываемости резанием тугоплавкие материалы разделяются

на три группы: 1. вольфрам и его сплавы; 2. молибден, хром и их сплавы;

3. ниобий, тантал, ванадий.

Вольфрам является наиболее тугоплавким материалом; на ряду с

этим он и его сплавы обладают высокой механической прочностью и

твердостью.

Заготовки деталей из вольфрама получают дуговой или элек-

троннолучевой плавкой, а также методами порошковой металлургии.

Легирование осуществляют обычно этими же способами. Вольфрам наиболее

широко применяется в двух видах — ковкий нелегированный вольфрам с

высокой плотностью (98-100%) и пористый вольфрам, пропитанный серебром

или медью. Вольфрам первого вида вызывает при механической обработке

большие затруднения; наоборот, пропитанный вольфрам обрабатывается

резанием так же легко, как и латунь. Так, если вольфрам первого вида при

точении твердосплавным резцом не допускает скорости резания более 60-90

м/мин, то вольфрам с 10% серебра допускает скорости 400-600 м/мин.

Пропитывающий металл действует как хорошая смазка

Вольфрам плохо поддается обработке резанием; это объясняется его

исключительно высокими хрупкостью, твердостью, теплостойкостью, высоким

абразивным воздействием. Основной причиной хрупкости вольфрама являются

примеси. Поэтому вольфрам, полученный плавкой электронным лучом,

достаточно пластичен. Другим недостатком вольфрама является склонность к

образованию нестойких окисных пленок. Вследствие этих причин инструменты

из быстрорежущей стали быстро тупятся, вызывая выкрашивание на

обрабатываемой поверхности. Поэтому при обработке резанием вольфрама

применяют остро заточенный твердосплавный инструмент с большими

значениями передних углов. Во всех случаях при конструировании деталей из

вольфрама, изготовленных обработкой резанием, следует избегать острых

углов и кромок из-за опасности выкрашивания; с этой же целью точение

следует вести от середины к торцам заготовки.

Процесс стружкообразования при резании вольфрама протекает по

схеме хрупкого разрушения; при этом обработанная поверхность детали имеет

характерную ярко выраженную шероховатость. Неровности имеют

правильные ряды надрывов. При обработке вольфрама плотностью не менее

85% с относительно низкими скоростями резания образуется

мелкодробленая форма стружки. По мере увеличения скорости достигается

переход на непрерывную стружку; при этом повышение скорости ведет к

снижению шероховатости поверхности. Учитывая изложенное, для токарной

обработки нелегированного вольфрама высокой плотности твердосплавными

61 м/мин; для чистовой — s0 = 0,18 ÷ 0,23 мм/об, v = 61-91 м/мин.

Обрабатываемость вольфрама резанием ввиду его высокой хрупкости

сильно зависит от вида операции. Вероятность откалывания и растрес-

кивания получаемой при обработке поверхности детали особенно велика на

операциях, связанных с ударным воздействием инструмента, например на

фрезеровании. Следовательно, технологичность конструкций деталей из

вольфрама, получаемых механической обработкой, достигается «заданием

конструктором форм деталей, характеризующихся радиальной симметрией,

она обеспечивает широкое применение токарной обработки.

Сила резания при точении вольфрама характеризуется высокой

радиальной составляющей Ру; она составляет 30-50% от полного значения

силы и еще более увеличивается при снятии большой ширины среза. Это

вызывает повышенный износ вершины инструмента, особенно при резании с

отрицательными углами наклона режущей кромки. Следовательно,

обработку деталей из вольфрама нужно производить с небольшими глубинами

резания (t ≤l,5 мм).

Хорошие результаты при обработке вольфрама показывает подогрев

заготовок токами высокой частоты или горелкой до температур 300÷400° С. С

повышением температуры вольфрам становится более пластичным (так, при

1000°С относительное удлинение вольфрама составляет 8-10% против нуля

при комнатной температуре). Одновременно значительно понижается его

прочность. Например, нагрев заготовок до температуры 420°С при точении

приводит к увеличению стойкости резцов в несколько раз; при этом

устраняются выкрашивание и растрескивание обрабатываемого материала. В

этом случае предел прочности на растяжение уменьшается на одну треть, а

твердость — вдвое. Нагрев выше этой температуры не рекомендуют, так как

это может способствовать интенсивному окислению вольфрама и снижению

стойкости резцов.

Для улучшения обрабатываемости прессованные вольфрамовые заго-

товки, подвергнутые предварительному спеканию, пропитывают расплавленным

металлом, не вступающим в химическое соединение с вольфрамом.

Пропитывающий металл должен хорошо смачивать вольфрам и

перемещаться по капиллярам. Он служит наполнителем, а также является

хорошей смазкой, вследствие чего предотвращает вырывание частиц

вольфрама и уменьшает износ инструмента. Такие заготовки можно обраба-

тывать обычными твердосплавными и быстрорежущими резцами; после этого

пропитывающий металл удаляют интенсивным нагревом. Наиболее часто

вольфрамовые заготовки пропитывают медью и ее сплавами.

Хорошие результаты при разрезке вольфрама показывает анодно-

механическая обработка на режимах: рабочий ток 30 ÷ 40 а, напряжение 18÷22

в, скорость подачи заготовки 6 ÷25 мм/мин.

Молибден характеризуется низкой обрабатываемостью резанием. По

сравнению с вольфрамом молибден более пластичен; относительное удлинение

молибдена составляет примерно половину от его значения для

конструкционных сталей.

Обрабатываемость молибдена резанием определяется также способом

получения заготовки: молибден, получаемый плавкой, несмотря на то что он

плотнее порошкообразного молибдена, получаемого спеканием, лучше

поддается обработке резанием. Это обусловлено меньшим растрескиванием

материала, лучшей шероховатостью поверхности. Общей особенностью

обработки резанием для обоих видов материалов является высокая истираю-

щая способность. Другой особенностью молибдена является ограниченный

выбор видов СОЖ, так как молибден химически активен и легко взаимодей-

ствует, например, с осерненными маслами. Хорошие результаты при

обработке резанием молибдена показывает смесь хлорированного масла с

трихлорэтиленом в пропорции 1:1; при этом следует учитывать, что пары

этой жидкости токсичны и требуют проведения специальных мер по технике

безопасности. Некоторое повышение стойкости резцов и снижение

шероховатости поверхности дает применение 10-процентного раствора

эмульсола. Особое внимание при обработке молибдена следует уделять

обеспечению повышенной жесткости технологической системы, ликвидации в

ней люфтов. При резании молибдена применяют оптимальные величины

скоростей; использование низких скоростей резания ведет к увеличению

шероховатости поверхности, высоких — к интенсивному износу инструмента.

Эффективным способом резки тугоплавких сплавов является анодно-

механическая обработка; она осуществляется стальной лентой с применением

в качестве электролита водного раствора жидкого стекла.

Для обработки заготовок из молибдена можно применять также

ультразвуковой, электроискровой и электрохимический процессы. В

последнем случае в качестве электролита используют 10-процентный едкий

калий. Электролитическое полирование применяют в лабораториях, а также для

очистки поверхностей заготовок перед сваркой. Электролит в этом случае

содержит 150 мл метилового спирта (95%), 50 мл концентрированной соля-

ной кислоты и 20 мл концентрированной серной кислоты.

Ниобий характеризуется малой прочностью и высокой пластичностью.

По обрабатываемости ниобий можно сравнить с медью; оба металла

пластичны и легко режутся. Отличительной особенностью ниобия является его

активное схватывание с рабочими поверхностями инструментов, наволакивание

на них. Это увеличивает работу трения, приводит к наклепу и повышению

температуры в зоне резания, а в целом снижает стойкость инструмента и

ухудшает шероховатость поверхности. Учитывая изложенное, при точении

ниобия применяют резцы из сплавов ВК6М и Р18.

В настоящее время приборостроение является одной из важнейших сфер человеческой деятельности. Широкое применение в приборостроении находят такие материалы, как вольфрам и его сплавы. В связи с тем что большинство деталей приборостроительного производства имеют сложную конфигурацию при небольших размерах, их обработка на лезвийном оборудовании является невозможной. Несмотря на широкое применение технологии проволочно-вырезной электроэрозионной технологии в производстве, данный процесс не изучен в полной мере. Исследование процесса электроэрозионной обработки вольфрама является актуальной задачей. Целью работы является анализ влияния режимов ЭЭО на процесс обработки вольфрама. В работе рассмотрен процесс изготовления детали «Щелевая маска». Материалом заготовки является вольфрамовая пластина ВА по ТУ 48-19-106-91. В работе подобраны режимы резания, позволяющие получить заданные размеры.

вольфрам.

погрешность

точность

электрод инструмент

проволочно-вырезная электроэрозионная обработка

1. Абляз Т.Р. Изучение изменения свойств электродов в зависимости от режимов проволочно-вырезной электроэрозионной обработки // Вестник ПГТУ. Машиностроение, материаловедение. – 2011. – Т. 13, № 1. – С. 87-93.

2. Журин А.В. Методы расчета технологических параметров и электродов-инструментов при электроэрозионной обработке: дис. … канд. техн. наук: 05.03.01. – Тула: ТГУ, 2005. — 132 с.

3. Зеликман А.Н., Никитина Л.С. Вольфрам. – М. : Металлургия, 1978. — 272 с.

4. Лазаренко Б.Р. Электрические способы обработки металлов и их применение в машиностроении. – М. : Машиностроение, 1978. — 40 с.

5. Смитлз К.Дж. Металлы: справ. изд. / пер. с англ. – 1980. – 447 с.

6. Съянов С.Ю. Технологическое обеспечение качества поверхностного слоя деталей при электроэрозионной обработке: дис. … канд. техн. наук: 05.02.08. – Брянск: БГТУ, 2002. — 166 с.

7. Фотеев Н.К. Технология электроэрозионной обработки. – М. : Машиностроение, 1980. — 184 с.

Введение

В настоящее время приборостроение является одной из важнейших сфер человеческой деятельности. Основными продуктами производства данной отрасли являются средства измерения, обработки и представления информации разного рода. Помимо этого, одним из основных направлений в приборостроении является разработка, а также производство испытательной техники. Зачастую к качеству изготовления деталей испытательной техники предъявляются повышенные требования.

В связи с тем что большинство продуктов приборостроительного производства работают под нагрузкой при повышенных температурах, особое внимание уделяется выбору материала заготовок. Широкое применение в приборостроении находят такие материалы, как вольфрам и его сплавы.

Вольфрам широко применяют в современной технике в виде чистого металла и в ряде сплавов, наиболее важные из которых легированные стали, твердые сплавы на основе карбида вольфрама, износостойкие и жаропрочные сплавы .

Распространенное применение вольфрама и его сплавов вызвано тем, что он удовлетворяет требованиям, предъявляемым материалам деталей, работающих при экстремально высоких температурах. Металл отличается очень высокой точкой кипения (5900 °С) и весьма малой скоростью испарения даже при температуре 2000 °С. Электропроводность вольфрама почти в три раза ниже электропроводности меди. К свойствам, ограничивающим сферу применения вольфрама, можно отнести большую плотность, высокую склонность к ломкости при низких температурах, малое сопротивление окислению при невысоких температурах. Одна из причин низкотемпературной хрупкости вольфрама — блокировка дислокаций примесями внедрения .

Вольфрам и его сплавы относятся к числу наиболее труднообрабатываемых материалов, что обусловлено высокой твердостью, повышенной хрупкостью, малой пластичностью и высокой абразивной способностью. В связи с этим повышение скорости резания ухудшает обрабатываемость, т.к. при резании увеличение скорости не вызывает в деформируемом элементе достаточного увеличения тепловыделения и снижения прочностных свойств. Кроме того, пониженная пластичность вольфрамовых сплавов резко уменьшает площадь контакта резца со стружкой, и при той же силе резания давление на резец возрастает в 2—4 раза, что способствует усиленному износу инструмента .

В связи с тем что большинство деталей приборостроительного производства имеют сложную конфигурацию при небольших размерах, их обработка на лезвийном оборудовании является невозможной. Адекватным ответом на предъявленные требования стало применение в производстве методов электрофизического, электрохимического и физико-химического воздействия. При обработке деталей, выполненных из вольфрама сложного профиля, применимы технологии проволочно-вырезной электроэрозионной обработки (ПВЭЭО) и гидроабразивной резки. Данные технологии позволяют получать заготовки и детали любого профиля, независимо от их прочностных характеристик, без применения дополнительной оснастки.

Технология гидроабразивной резки обеспечивает максимальную производительность при обработке вольфрамовых заготовок. Однако, несмотря на преимущества гидроабразивной резки, ее применение ограничено рядом технологических особенностей, в частности — ширина реза при обработке не позволяет осуществлять производство мелкогабаритных деталей. Данного недостатка лишен метод проволочно-вырезной электроэрозионной обработки.

При использовании проволочно-вырезной электроэрозионной обработки в качестве электрода-инструмента используется молибденовая или латунная проволока диаметром от 0,02 до 0,3 мм, что дает осуществить обработку узких пазов деталей сложного профиля с высокой точностью .

Несмотря на широкое применение технологии проволочно-вырезной электроэрозионной технологии в производстве, данный процесс не изучен в полной мере.

Исследование процесса электроэрозионной обработки вольфрама является актуальной задачей.

Целью работы является анализ влияния режимов ЭЭО на процесс обработки вольфрама.

Материалы и методы исследования

В работе рассмотрен процесс изготовления детали «Щелевая маска». Технологическое применение данной детали заключается в измерении распределения мощности по сечению электронного пучка, применяемого при электронно-лучевой обработке материалов. Материалом заготовки является вольфрамовая пластина ВА по ТУ 48-19-106-91, толщиной 3 мм.

Эскиз обрабатываемой заготовки представлен на рис. 1.

Рис. 1. Эскиз детали «Щелевая маска»

Основной технологической трудностью при изготовлении рассматриваемой детали является обработка щелей. Так как технология электроэрозионной обработки является бесконтактным методом резки, при проектировании технологии получения годной заготовки необходимо учитывать величину межэлектродного зазора, размер электрода-инструмента (радиус R) и вносить коррекцию (Т) в управляющую программу (рис. 2). Адекватно подобранная коррекция позволяет обеспечивать заданную точность обработки.

Рис. 2. Формирование величины коррекции в плоскости обработки XY

Определение величины коррекции в работе осуществляется экспериментальным путем. Для этого на исходной заготовке вырезались образцы с номинальным размером 7х7 мм на разных режимах (табл. 1). После чего измерялись получившиеся образцы. Разность между номинальным размером и действительным составляла величину коррекции, которую необходимо будет внести в управляющую программу при изготовлении детали.

Электроэрозионную обработку проводили на проволочно-вырезном станке фирмы Electronica модель Ecocut, в среде рабочей жидкости — дистиллированной воде. В качестве электрода-инструмента использовали проволоку из латуни марки Л68.

Измерение ширины щели проводили с использованием светового микроскопа Olympus GX 51 при увеличениях х500 крат.

Измерение линейных размеров вырезанных образцов проводили на координатно-измерительной машине фирмы Carl Zeiss Contura G2.

Результаты исследования и их обсуждение

В ходе эксперимента установлено, что при обработке заготовки на режимах I и II скорости резания составили 1,3 мм/мин и 2,4 мм/мин соответственно.

Размеры обработанных заготовок на режимах I и II составили 6,4 мм и 6,69 мм соответственно. Таким образом, при обработке вольфрама на режимах с большей энергией импульса (режим II) наблюдается меньший процент съема материала.

Таким образом, при обработке заготовки на режиме I в управляющую программу необходимо внести коррекцию G41/G42 (в зависимости от направления реза), равную 0,3 мм. При обработке заготовки на режиме II в управляющую программу необходимо внести коррекцию, равную 0,15 мм.

При изготовлении щелей в детали «Щелевая маска», в управляющую программу не будет вноситься коррекция, необходимый размер равен ширине реза.

Так как при изготовлении детали «Щелевая маска» необходимо обеспечить размер щели, не превышающий 0,35 мм, обработка на режиме I не подходит, так как ширина реза составляет 0,6 мм. Для изготовления детали выбран режим II с шириной реза 0,3 мм.

На рис. 3 представлена фактическая величина щели, получившаяся после обработки на режиме II.

Рис. 3. Ширина реза (режим II)

Полученный размер щели в полной мере удовлетворяет заданным требованиям.

При изготовлении всей детали в управляющую программу вносилась коррекция G41 0,15 мм при направлении обхода наружного контура по часовой стрелке.

В работе рассмотрен процесс электроэрозионной обработки вольфрама. Подобраны режимы резания, позволяющие получить заданные размеры.

Установлено, что при обработке вольфрама при увеличении энергии импульса скорость резания увеличивается.

Ширина реза при обработке вольфрама на режимах с меньшей энергией импульса получается больше, чем при обработке на более мощных режимах. Данное явление объясняется возникновением в процессе резания усадки материала.

Для получения заданной геометрии детали «Щелевая маска» обработку необходимо проводить на режимах резания II (табл. 1).

Рецензенты:

Синани И.Л., д.т.н., профессор кафедры СПиТКМ МТФ, Пермский национальный исследовательский политехнический университет, г. Пермь.

Иванов В.А., д.т.н., профессор, зав. кафедрой МСИ, Пермский национальный исследовательский политехнический университет, г. Пермь.

Библиографическая ссылка

Пермяков Г.Л., Абляз Т.Р., Беленький В.Я. ЭЛЕКТРОЭРОЗИОННАЯ ОБРАБОТКА ДЕТАЛЕЙ ПРИБОРОСТРОИТЕЛЬНОГО ПРОИЗВОДСТВА, ВЫПОЛНЕННЫХ ИЗ ВОЛЬФРАМА // Современные проблемы науки и образования. – 2014. – № 2.;
URL: https://science-education.ru/ru/article/view?id=12705 (дата обращения: 07.09.2017). Предлагаем вашему вниманию журналы, издающиеся в издательстве «Академия Естествознания»

В связи с этим повышение скорости резания ухудшает обрабатываемость, т. к. при резании увеличение скорости не вызывает в деформируемом элементе достаточного увеличения тепловыделения и снижения прочностных свойств. Кроме того, пониженная пластичность вольфрамовых сплавов резко уменьшает площадь контакта резца со стружкой и при той же силе резания давление на резец возрастает в 2-4 раза. Раскрой листов из сплавов W производят отрезными шлифовальными кругами из карбида кремния. Во избежание растрескивания разрезка листов в холодном состоянии ножницами, пилами и вырубка на штампах не допускаются.

Точение сплавов на основе W рекомендуется производить резцами из быстрорежущих сталей Р18, Р9К5, Р9К10 и Р9Ф5 или резцами из твердых сплавов ВК8. При точении охлаждающие жидкости не применяются, т. к. это снижает стойкость инструмента. Фрезерование вольфрамовых сплавов производят быстрорежущими фрезами из Р18, Р9К5, Р9К10 и Р9Ф5 или оснащенными твердый сплавом ВК8. Сверление отверстий в сплавах W вызывает огромные трудности, связанные с возникающими большими силами резания и малой жесткостью стандартных сверл. Отверстия в листах из сплавов W толщиной до 2 мм предварительно получают электроэрозионной или ультразвуковой обработкой.

Шлифование сплавов вольфрама рекомендуется проводить кругами из зеленого карбида кремния на керамич. связке зернистостью 40-60, твердостью СМ1-СМ2. Чистота поверхности получается в пределах 7-8-го классов (ГОСТ 2789-51). Для улучшения обрабатываемости при резании применяют подогрев сплава до 370-420°, при этом стойкость инструмента возрастает в 5-6 раз, а явления растрескивания и выкрашивания материала уменьшаются, что дает возможность получить отверстия диаметром меньше 5 мм как в сплошном, так и в листовом материале. Нагретый до 370° вольфрамовый лист можно резать ножницами и вырубать штампом.

Условия обработки резанием сплавов молибдена схожи с условиями обработки W. При обработке молибденовых сплавов срезаемый слой (как и у сплавов W), вследствие повышенной хрупкости, имеет тенденцию к скалыванию при тяжелых режимах резания. Значительно ухудшают обрабатываемость вредные примеси и присадки. В зависимости от технологич. условий применяется охлаждение эмульсией, воздухом или «туманом», т. е. распылением эмульсии воздушной струей. Обдирка слитков производится резцами из твердого сплава ВК8. Чистовая обработка осуществляется такими же резцами, как и обдирка.

Нарезание резьбы резцами требует особой тщательности по сравнению с точением, причем скорость снижается до 9-12 м/мин, а глубина резания за один проход берется 0,1-0,15 мм. Целесообразно нарезать крупную резьбу, т. к. мелкая легко ломается. Шлифование сплавов Мо производится при тех же условиях, что и сплавов W. Чистота обработанной поверхности — в пределах 7-го класса.

Сплавы тантала и ниобия обладают повышенной вязкостью и пластичностью и имеют сравнительно небольшую твердость. Трудности при обработке резанием вызваны их повышенной слипаемостью с режущим инструментом. Точение сплавов производится резцами стали марок Р18, Р18Ф2. Обработка резцами из твердых сплавов приводит к частым скалываниям вершины резца и поэтому не рекомендуется. Геометрические параметры резцов те же, что и при обработке вольфрама и молибдена.

Скорости резания ниобиевых сплавов в значительной степени влияют на стойкость резцов из Р18. Большие скорости вызывают высокие темп-ры в зоне резания, что приводит к окислению обработанной поверхности. Сверление сплавов Nb и Та производится сверлами из стали Р18 с охлаждением сульфофрезолом.

Сплавы Nb и Та весьма плохо шлифуются. Шлифовальные круги быстро засаливаются и требуют частой правки. Лучшие результаты получаются при применении шлифовальных кругов из электрокорунда на керамич. связке. Режимы шлифования те же, что для W и Мо. Шлифование проводится с обильным охлаждением 2-3%-ным раствором кальцинированной соды. Чистота обработанной поверхности в пределах 6-го класса.

Лит.: Вульф Б. К., Ромадин К. П., Авиационное металловедение, М., 1962; Ниобий и тантал. Сборник переводных статей , под ред . О . П . Колчина , М ., 1954; «Machinery» (USA), 1960, v. 66, № 10, p. 184-88; «Tool and Manufacturing Engr.», 1960, v. 45, № 4, p. 121-22; «Metal Industry», 1959, v. 94, № 4-7; «Machinery» (Engl.), 1953, v. 82, № 2095, p. 72-73. www..htm

ВВЕДЕНИЕ

В настоящее время для извлечения металлов из лома карбидов металлов, полученных путем спекания и содержащих, например WC и Со, карбиды подвергают обжигу при температуре> 1700 С (что значительно превышает обычную температуру спекания, составляющую 1400-1450 °С), а затем охлаждают. После этого обрабатываемый продукт, который становится хрупким, измельчают в порошок. При использовании этого метода для отделения карбида вольфрама от кобальта требуется очень сложная дополнительная обработка, которая сопровождается загрязнением окружающей среды. В работе рассмотрены способы извлечения вольфрама из отходов промышленных производств.

Глава 1. Пропитка порошковых формовок

Технологические приемы, используемые при получении материалов методом пропитки, отличаются главным образом способами создания давления на жидкий металл, которое должно обеспечить заполнение пор в порошковых формовках. При самопроизвольной пропитке это давление создается без приложения внешних сил, только за счет капиллярных эффектов. При вакуумной пропитке (вакуумном всасывании) заполнение пор жидкостью происходит за счет разности между атмосферным давлением и давлением, создаваемым в порах при вакуумировании пропитываемого материала. Эта разность, естественно, не может превышать величину атмосферного давления. Пропитка, осуществляемая под воздействием перепада давлений, превышающего атмосферное, например, с помощью сжатых газов или механическим путем, называется пропиткой под давлением. Давление пропитки может возникать также при наложении ультразвуковых колебаний (ультразвуковая пропитка), магнитного поля (магнитно-динамическая пропитка) и др.

1.1 Самопроизвольная пропитка

Самопроизвольная (свободная) пропитка пористых материалов осуществляется при полном их погружении в пропитывающую жидкую фазу. Преимущество этого метода — возможность использования обычной литейной оснастки и получение изделий сложной конфигурации, недостаток — наличие пор и пустот, образующихся в результате объемной усадки при кристаллизации и недостаточного заполнения порового пространства. Во всех случаях необходимым условием самопроизвольной пропитки является смачивание жидкой фазой поверхности пропитываемого материала.

Свободная пропитка редко осуществляется на воздухе из-за опасности окисления материалов. Чаще она проводится в инертной атмосфере или вакууме. Схема установки для пропитки в среде инертных газов приведена на Рисунок 1.

Рисунок 1 – Схема установки для самопроизвольной пропитки

Заготовка 8 помещается в камеру 5, которая закрывается графитовой пробкой 4, на которой расположен графитовый плавильный тигель 1 с матричным сплавом. Через отверстие в запорном плунжере 2 в тигель подается инертный газ, включается нагрев, матричный материал расплавляется, после чего плунжер 2 поднимается и жидкий металл поступает в камеру 5, пропитывая пористый каркас.

Самопроизвольную пропитку используется для изготовления изделий из псевдосплавов и керметов.

1.2 Вакуумная пропитка

Вакуумная пропитка является разновидностью пропитки под давлением, при которой в качестве движущей силы процесса используют атмосферное давление. Вакуумирование позволяет защитить пористые каркасы от окисления, как правило, улучшает смачивание, позволяет уменьшить время контакта каркаса с жидким металлом.

Рисунок 2 показывает схему получения материалов вакуумной пропиткой с нижним и верхним расположением тигля.

Рисунок 2 – Схема вакуумной пропитки с нижним (а) и верхним (б) расположением тигля. 1 – печь сопротивления, 2 – тигель, 3 – металлическая форма, 4 – каркас; 5 – пористая пробка.

Пропитка под давлением предусматривает заполнение пор жидким металлом под давлением, превышающим ~0,1 МПа. Она может осуществляться с помощью поршневых и компрессорных машин для литья под давлением. В первом случае, расплавленный металл вытесняется в форму, где находится пропитываемая заготовка, с помощью поршня, а во втором, сжатый воздух давит на поверхность расплавленного металла и гонит его в форму, в которой осуществляется пропитка. Широко применяется также пропитка под давлением инертных газов.

Для получения изделий, имеющих форму тела вращения (трубы, втулки, кольца), можно использовать центробежную пропитку. Подлежащий пропитке каркас помещают во вращающуюся форму, в которую заливают расплавленный металл. Под действием центробежных сил он отбрасывается к стенкам формы, пропитывая при этом пористую заготовку. Отсутствие литников и выпоров, точность получаемых размеров и высокая производительность придают этому методу большую экономичность.

Пропиткой под давлением можно получать детали сложной конфигурации с толщиной стенок 1–3 мм, при этом их форма и размеры максимально приближены к заданным и часто не требуют дополнительной механической обработки.

1.3 Ультразвуковая пропитка

Скорость движения жидкости по капиллярам и качество заполнения пор существенно интенсифицируются под действием ультразвуковых колебаний.

Рисунок 3 – Схема ультразвуковой пропитки: 1 – сосуд с жидкостью; 2 – пропитываемая заготовка; 3 – пропитывающая жидкость; 4 – нагреватель; 5 – мембрана; 6 – магнитостриктор.

Одна из возможных схем ультразвуковой пропитки приведена на Рисунок 34. В ультразвуковом поле изделия пропитываются в несколько раз быстрее, чем при самопроизвольной пропитке. Простота и технологичность позволяют легко включить ультразвуковую пропитку в поточную линию производства изделий из порошков.

1.4 Керметы, получаемые методом пропитки

Метод пропитки позволяет изготавливать композиции из различных веществ, сочетая в одном материале металл с керамикой, полимерами, графитом и другими материалами и варьируя в широких пределах эксплуатационные характеристики изделий.

Керметы (керамико-металлические материалы) – материалы, представляющие собой композиции одной или нескольких керамических фаз с металлами. Керамическую фазу в керметах обычно составляют порошки оксидов, карбидов, нитридов и других тугоплавких соединений. Считается, что объемная доля керамики в керметах может изменяться от 0,15 до 0,85. Керметы классифицируют по природе керамической составляющей (оксидные, карбидные, нитридные, боридные) и по применению (жаропрочные, износостойкие, высокоогнеупорные, коррозионно-стойкие и др.).

Микроструктура керметов может представлять собой керамическую матрицу, внутри которой расположены металлические включения; металлическую матрицу с изолированными между собой керамическими частицами; два равноправных каркаса из металла и керамики и статистическую смесь керамических и металлических частиц. Выбор той или иной структуры диктуется назначением материала и технологией его получения.

Керметы изготавливают методами порошковой металлургии – прессованием и твердофазным спеканием, жидкофазным спеканием, пропиткой, экструзией, горячим прессованием, прокаткой и др.

Изготовление керметов методом пропитки используют реже, чем жидкофазное спекание. Это связано с тем, что в большинстве случаев стремятся получить структуру кермета, при которой каждая частица карбида окружена слоем металла, чтобы обеспечить повышенные показатели ударной вязкости и трещиностойкости, а такую структуру легче получить жидкофазным спеканием, чем пропиткой. Тем не менее, в ряде случаев целесообразно использовать метод пропитки, который позволяет получать изделия сложной формы с практически нулевой пористостью, регулировать время контактирования тугоплавкого соединения с жидким металлом (сплавом) и пригоден для выпуска деталей больших серий.

Работоспособность кермета контролируется как свойствами его составляющих и их относительной концентрацией, так и прочностью их связи, а также структурой тугоплавкого каркаса, формирующегося на стадии предварительного спекания под пропитку. На этой стадии необходимо обеспечить требуемую пористость, определенный размер пор и зерен, а также прочность самого каркаса.

Одним из наиболее важных моментов в регулировании свойств керметов является управление межфазным взаимодействием. Оптимальным в смысле обеспечения прочности является термодинамически равновесная адгезия между фазами.

Теоретические оценки и накопленный экспериментальный опыт по межфазному взаимодействию позволяют установить правила выбора металлических матриц для керметов. В керметах, содержащих оксиды, металлическая составляющая должна иметь меньшее сродство к кислороду, чем металл оксида, или образовывать оксиды, изоморфные основной оксидной составляющей кермета (например, оксид алюминия — хром). В керметах на основе карбидов рекомендуется в качестве металлической фазы применять металлы, которые не образуют карбидов. Металлическая связка нитридных керметов не должна образовывать стойких нитридов, а силицидных – не должна взаимодействовать с кремнием, поскольку последний в силицидах имеет практически такую же активность, как в свободном состоянии.

Прочность связи на межфазной границе можно регулировать в широких пределах при получении керметов за счет введения в расплавленный металл адгезионно-активных добавок.

Керметы типа металл — тугоплавкое соединение используют в качестве фрикционных, антифрикционных, конструкционных, огнеупорных, износостойких, эрозионностойких и абразивных материалов. Рассмотрим некоторые керметы, получаемые пропиткой карбидных каркасов металлическими расплавами.

1.5 Керметы на основе карбида вольфрама

Наиболее распространенными керметами являются сплавы системы WC-Co. При нагреве прессовки из карбида вольфрама, на которую сверху положен чистый кобальт (Рисунок 4, а), происходит частичное спекание карбидных частиц. При температурах 1550 К образуется эвтектика и в местах контакта прессовки с кобальтом появляется жидкая фаза, пропитывающая карбидный каркас (Рисунок 4, б).

При более низких температурах растворение карбида в кобальте пренебрежимо мало. Десятиминутная выдержка при 1720 К приводит к полному расплавлению кобальта и пропитке каркаса, однако при этом верх изделия плотнее и богаче связующим металлом, чем его нижняя часть. Для выравнивания состава по всему объему требуется выдержка 2–4 ч при той же температуре (Рисунок 35, в). На поверхности каркаса в процессе пропитки образуются раковины глубиной 1-3 мм в результате растворения карбида вольфрама в кобальте. При охлаждении до комнатной температуры происходит выделение карбида вольфрама из раствора и рост его частиц (Рисунок 35, г). Структура твердого сплава состоит из частиц карбид; (1), окруженных матрицей из кобальтовой фазы (). В процессе высокотемпературной выдержки происходит растворение первоначальных карбидных мостиков и усадка материала.

Рисунок 4 – Схема пропитки карбида вольфрама чистым кобальтом (а – г) и сплавами кобальта с карбидом вольфрама эвтектического (д, е) и заэвтектического состава (ж, з): а, д, ж – 293 -1553 К; б – 1553 К; в – 1673-1753 К; г,е.з – 293 К.

При пропитке пористого карбидного каркаса сплавом эвтектического состава (Co-27WC) раковины на поверхности образца не образуются (Рисунок 35, д, е), наблюдается только незначительная шероховатость поверхности. Если же для пропитки используют сплав с избытком карбида (Рисунок 35, ж, з), то на пропитываемом изделии остается легко удаляемый слой из карбида вольфрама и кобальта. Таким образом, предварительное насыщение металла элементами, из которых состоит тугоплавкое соединение, позволяет устранить появление раковин.

Пропиткой спрессованного карбида вольфрама медью, медно-никелевым сплавом Cu–10%Ni, марганцевым мельхиором МНМц60-20–20 и медносеребряным сплавом получали керметы, предназначенные для работы в торцевых уплотнениях насосов, перекачивающих кислоты и щелочи.

1.6 Керметы на основе карбида титана

Карбид титана обладает высокой окалиностойкостью, низкой плотностью, хорошо смачивается переходными металлами, менее дефицитен, чем карбид вольфрама, широко используемый при изготовлении традиционных твердых сплавов. Известны керметы на основе карбида титана, пропитанного углеродистыми, легированными, инструментальными и коррозионностойкими сталями, жаропрочными никелевыми сплавами, стеллитами.

Пропитывающие сплавы смачивают карбид титана, а многие компоненты, входящие в их состав, активно взаимодействуют с ним при повышенных температурах. Так, хром, являясь сильным карбидообразующим элементом, образует карбид хрома, из которого формируются мостики между зернами карбида титана, снижающие пластичность и вязкость кермета. Аналогичное влияние оказывает алюминий, который в процессе пропитки образует с никелем хрупкие алюминиды, располагающиеся в виде перемычек между зернами карбида и охрупчивающие кермет.

Глава 2. Твердые металлокерамические сплавы

В настоящее время для производства режущих инструментов широко используются твердые сплавы. Они состоят из карбидов вольфрама, титана, тантала, сцементированных небольшим количеством кобальта. Карбиды вольфрама, титана и тантала обладают высокой твердостью, износостойкостью и теплостойкостью. Инструменты, оснащенные твердым сплавом, хорошо сопротивляются истиранию сходящей стружкой и материалом заготовки и не теряют своих -режущих свойств при температуре нагрева до 750-1100* С.

Недостатком твердых сплавов, по сравнению с быстрорежущей сталью, является их повышенная хрупкость, которая возрастает с уменьшением содержания кобальта в сплаве. Скорости резания инструментами, оснащенными твердыми сплавами, в 3-4 раза превосходят скорости резания инструментами из быстрорежущей стали. Твердосплавные инструменты пригодны для обработки закаленных сталей и таких неметаллических материалов, как стекло, фарфор и т. п.

Производство металлокерамических твердых сплавов относится к области порошковой металлургии. Порошки карбидов смешиваются с порошком кобальта. Из этой смеси прессуются изделия требуемой формы и затем подвергаются спеканию при температуре, близкой к температуре плавления кобальта. Таким путем изготовляются пластинки твердого сплава различных размеров и форм, которыми оснащаются резцы, фрезы, сверла, зенкеры, развертки и др.

Пластинки твердого сплава крепятся к державке или корпусу напайкой или механически при помощи винтов и прижимов. Наряду с этим в машиностроительной промышленности применяются мелкоразмерные, монолитные твердосплавные инструменты, состоящие из твердых сплавов. Они изготовляются из пластифицированных заготовок. В качестве пластификатора в порошок твердого сплава вводят парафин до 7-9%. Из пластифицированных сплавов прессуются простые по форме заготовки, которые легко обрабатываются обычным режущим инструментом. После механической обработки заготовки спекаются, а затем шлифуются и затачиваются.

Из пластифицированного сплава заготовки монолитных инструментов могут быть получены путем мундштучного прессования. В этом случае спрессованные твердосплавные брикеты помещаготся в специальный контейнер с твердосплавным профилированным мундштуком. При продавливании через отверстие мундштука изделие принимает требуемую форму и подвергается спеканию. По такой технологии изготовляются мелкие сверла, зенкеры, развертки и т. п.

Монолитный твердосплавный инструмент может также изготовляться из окончательно спеченных твердосплавных цилиндрических заготовок с последующим вышлифовыванием профиля алмазными кругами.

В зависимости от химического состава металлокерамические твердые сплавы, применяемые для производства режущего инструмента, разделяются на три основные группы.

Сплавы первой группы изготовляются на основе карбидов вольфрама и кобальта. Они носят название вольфрамо-кобальтовых. Это сплавы группы ВК. Ко второй группе относятся сплавы, получаемые на основе карбидов вольфрама и титана и связующего металла кобальта. Это двухкарбидные титановольфрамокобальтовые сплавы группы ТК

Третья группа сплавов состоит из карбидов вольфрама, титана, тантала и кобальта. Это трехкарбидпые титанотанталовольфрамокобальтовые сплавы группы ТТК.

К однокарбидиым сплавам группы ВК относятся сплавы: ВК2, ВКЗ, ВК4, ВК6, ВК8, ВК10, ВК15. Эти сплавы состоят из зерен карбида вольфрама, сцементированных кобальтом. В марке сплавов цифра показывает процентное содержание кобальта. Например, сплав ВК8 содержит в своем составе 92% карбида вольфрама и 8% кобальта.

При выборе марки твердого сплава учитывают содержание кобальта, которое предопределяет его прочность. Из сплавов группы ВК сплавы ВК15, ВК10, ВК8 являются наиболее вязкими и прочными, хорошо противостоят ударам и вибрациям, а сплавы ВК2, ВК3 обладают наиболее высокой износостойкостью и твердостью при малой вязкости, слабо сопротивляются ударам и вибрациям. Сплав ВК8 применяется для черновой обработки при неравномерном сечении среза и прерывистом резании, а сплав ВК2 — для чистовой отделочной обработки при непрерывном резании с равномерным сечением среза. Для получистовых работ и черновой обработки с относительно равномерным сечением срезаемого слоя применяются сплавы ВК4, ВК6. Сплавы ВК10 и ВК15 находят применение при обработке резанием специальных труднообрабатываемых сталей.

Режущие свойства и качество твердосплавного инструмента определяются не только химическим составом сплава, но и его структурой, т. е. величиной зерна. С увеличением размера зерен карбида вольфрама прочность сплава возрастает, а износостойкость уменьшается и наоборот.

В зависимости от размеров зерен карбидной фазы сплавы могут быть мелкозернистые, у которых не менее 50% зерен карбидных фаз имеет размер порядка 1 мкм, среднезернистые — с величиной зерна 1-2 мкм к крупнозернистые, у которых размер зерен колеблется от 2 до 5 мкм.

Для обозначения мелкозернистой структуры в конце марки сплава ставится буква М, а для крупнозернистой структуры — буква В.

Твердосплавные пластинки одного и того же химического состава, в зависимости от технологии их изготовления, могут иметь различную структуру. Например, вольфрамокобальтовый сплав ВК6, состоящий из 94% карбида вольфрама и 6 % кобальта, изготовляется трех модификаций: со среднезернистой структурой — ВК6, с мелкозернистой структурой — ВК6М и крупнозернис¬той структурой — ВК6В.

Крупнозернистые сплавы, в частности сплав ВК8В, применяют при резании с ударами для черновой обработки жаропрочных и нержавеющих сталей с большими сечениями среза. Мелкозернистые сплавы, такие как сплав ВК6М, используют для чистовой обработки при тонких сечениях среза стальных, чугунных, пластмассовых и других деталей. Из пластифицированных заготовок мелкозернистых сплавов ВК6М, ВК10М, ВК15М получают цельные инструменты. Крупнозернистые сплавы ВК4В, ВК8В, более прочные, чем обычные сплавы, применяют при обработке труднообрабатываемых сталей и сплавов.

При обработке сталей инструментами, оснащенными вольфрамокобальтовыми сплавами, в особенности при повышенных скоростях резания, происходит быстрое образование лунки на передней поверхности, приводящее к выкрашиванию режущей кромки и сравнительно быстрому износу инструмента. Для обработки стальных заготовок применяют более износостойкие твердые сплавы группы ТК. Сплавы группы ТК (Т30К4, Т15К6, Т14К8, Т5К10, Т5К12Б) состоят из зерен твердого раствора карбида вольфрама в карбиде титана и избыточных зерен карбида вольфрама, сцементированных кобальтом. В марке сплава цифра после буквы К показывает процентное содержание кобальта, а после буквы Т — процентное содержание карбидов титана. Так, сплав Т30К4 содержит 4% кобальта, 30% карбидов титана и остальное — карбиды вольфрама. Буква В в конце марки обозначает, что сплав имеет крупнозернистую структуру. Сплавы Т5К12В и Т5К10 являются наиболее вязкими и прочными и наименее красностойкими. Поэтому сплав Т5К12В рекомендуется применять при работе с ударными нагрузками для обтачивания стальных поковок и отливок по корке, а сплав Т5К10- для чернового точения при неравномерном сечении среза и прерывистом резании. Сплав Т30К4, содержащий большой процент карбидов титана, характеризуется высокой красностойкостью и износостойкостью, но является наименее прочным и вязким. Поэтому его применяют для чистового точения при непрерывном резании с малыми сечениями среза. Для обработки сталей наиболее применим сплав Т15К6, сочетающий достаточно высокую красностойкость и износостойкость с удовлетворительной прочностью. Сплавы группы ТТК состоят из зерен твердого раствора карбида титана, карбида тантала, карбида вольфрама и избыточных зерен карбида вольфрама, сцементированных кобальтом.

К сплавам группы ТТК относятся ТТ7К12, ТТ10К8Б. Сплав ТТ7К12 содержит 12% кобальта, 3% карбида тантала, 4% карбида титана и 81% карбида вольфрама. Введение в состав сплава карбидов тантала значительно повышает его прочность, но снижает красностойкость. Сплав ТТ7К12 рекомендуется для тяжелых условий при обточке по корке и работе с ударами, а также для обработки специальных легированных сталей. С целью экономии дефицитного вольфрама разрабатываются безвольфрамовые металлокерамические твердые сплавы на основе карбидов, а также карбидонитридов переходных металлов, в первую очередь, титана, ванадия, ниобия, тантала. Эти сплавы изготовляются на никелемолибденовой связке. Полученные твердые сплавы на основе карбидов титана с содержанием 12-19% никеле-молибденовой связки по своим характеристикам примерно равноценны стандартным сплавам группы ТК.

Одним из путей повышения эксплуатационных характеристик стандартных твердых сплавов группы ВК является нанесение покрытий из карбида титана на режущую часть. В этом случае на неперетачиваемые пластины из твердых сплавов наносится слой покрытия толщиной 0,005-0,02 мм. В результате поверхностный слой получает высокую твердость и повышенную износостойкость, что приводит к значительному росту стойкости инструмента.

Глава 3. Примеры извлечения вольфрама из отходов промышленного производства

3.1 Вольфрам из карбидов металлов, получаемых путем спекания

Был разработан усовершенствованный процесс, позволяющий просто и экономично выделять металлические компоненты из карбидов металлов, полученных путем спекания. Согласно этому способу, электролиз проводят в кислом растворе, используя карбид в качестве анода. Карбид металла, например WC, растворяется и металл осаждается в виде гидроксида. Одновременно металл, например Со, являющийся связующим веществом, осаждается на поверхности катода. Гидроксид металла промывают, прокаливают и восстанавливают в токе водорода с получением чистого металлического порошка. Аппаратура для проведения данного процесса показана на рис. 1.

Лом карбидов металлов, в состав которого входят, например карбид WC и связующий металл, например Со, опускают в кислый электролит /, предпочтительно HN03, причем карбид выполняет роль анода 2. Катод 3 является нерастворимым; для этой цели можно использовать вольфрамовый стержень. При проведении электролиза WC растворяется, и образуется H2W04, которая осаждается на дне сосуда 4.

3.2 Вольфрам из отработанных катализаторов

Известно, что при эпоксидировании или гидроксилировании водорастворимых ненасыщенных соединений, например аллилового или кротилового спиртов, пероксидом водорода в качестве катализаторов применяют металлы переменной валентности. В частности, для этой цели используют соединения ванадия, молибдена и вольфрама; особенно предпочтительно использование вольфрамовых катализаторов. Поскольку катализаторы являются дорогостоящими, разработано значительное число процессов для регенерации катализаторов, содержащих вольфрам. В частности, обработке подвергают водные реакционные смеси, образующиеся при эпоксидировании или гидроксилировании аллилового спирта до глицидола или глицерина.

Процесс предназначен для выделения катализатора из кубового остатка. Кубовый остаток, получаемый при дистилляции, в турбулентном режиме пропускают через слой твердого инертного материала. Одновременно подается кислород или кислородсодержащий газ, в котором сгорают органические соединения, присутствующие в остатке. Катализатор, отделяемый в слое инертного материала, вместе с катализатором, улавливаемым в сепараторе, соединенном с выходом реактора, растворяют в воде. Полученный раствор снова используют в процессе эпоксидирования или гидроксилирования. Схема процесса представлена на рис. 2.

Кубовый остаток, содержащий катализатор, в случае необходимости переводят в состояние, в котором его можно перекачивать насосом — путем нагревания либо добавлением воды или промывки. Затем сырье по линии 1 перекачивают, в нижнюю часть реактора 3. Одновременно, чтобы предотвратить забивку аппаратуры, по линии 2 подают воздух. Смесь поступает в реактор по линии 3. Основное количество воздуха, необходимого для сжигания и создания сжиженного слоя, подают по линии 4; в случае необходимости воздух предварительно подогревают.

Реактор нагревают до требуемой температуры (^500°С). Для нагрева можно использовать пусковой нагреватель. При этом реактор обогревается либо непосредственно газом, образующимся при сгорании, либо воздухом, нагретым в теплообменнике, соединенном с пусковым нагревателем. После начала горения в реакторе с ожиженным слоем твердого материала избыточную теплоту реакции снимают с помощью охлаждающей системы.

Предпочтительно использовать для разогрева реактора солевую баню, например, нитрат-нитритный расплав (нитрат натрия — нитрит натрия). В этом случае после начала реакции солевая баня выполняет роль охладителя, позволяя поддерживать постоянную температуру реактора.

Инертный твердый материал для создания ожиженного слоя подается по линии7. Из реактора он выводится вместе с катализатором по линии 5 и направляется в резервуар 13, где его промывают водой, поступающей по линии 14. Водный раствор катализатора отделяют от твердого материала и по линии 15 направляют для повторного использования в процессе эпоксидирования или гидроксилироваиия. Высушенный инертный материал по линии 16 возвращают в реактор 6.

Отходящие газы, которые должны иметь низкое содержание оксида углерода, по линии 8 подают в циклон 9, где происходит отделение твердых частиц. Твердая фаза по линии 10 поступает в промывной резервуар 13 для отмывки от катализатора. Отходящий газ после дополнительной очистки в устройстве 12, например, путем фильтрования или промывки, выбрасывают в атмосферу.

3.3 Вольфрам из вольфрамового лома

Вольфрам, получаемый из лома составляет значительную часть от общего количества потребляемого вольфрама. Однако данные о выделении вольфрама из лома являются неполными. Большинство вольфрамосодержащего лома подвергается рециклу на тех предприятиях, где они образуются. Специальные вольфрамовые сплавы используются повторно без выделения их составных частей. Лом металлического вольфрама образуется при производстве проволочных сеток. Его направляют в продажу либо подвергают химической переработке. Значительные количества карбида вольфрама из шламов, образующихся при обработке металлов резанием, не перерабатываются ввиду низкого содержания вольфрама и высокой стоимости процесса химической переработки. Исследования, проведенные фирмой «Швойдер Кемикал Металлурджи Корп.» показывают, что ежемесячно несколько тонн вольфрама теряются в виде отходов от сварочных вольфрамовых электродов, покрытых 1-2 % тория. Значительное количество отходов из карбидных режущих инструментов, образующееся при обработке металлов резанием, обусловило интенсивное развитие работ по разработке экономичных методов извлечения карбида вольфрама. Относительная стоимость карбида вольфрама, изготовленного из первичного порошкообразного металлического вольфрама, и карбида, извлеченного из лома, составляет ~4: 1.

Обрезки высокочистой вольфрамовой проволоки составляют ~75 % сырья, используемого для получения дробленого и литого карбида вольфрама. Некоторое количество шлама с высоким содержанием вольфрама образуется в охлаждающих системах шлифовальных установок для обработки контактных поверхностей из вольфрама. После сушки эти шламы непосредственно добавляют в расплавы стали .

3.4 Карбид вольфрама из лома буровых инструментов

В буровых головках для разработки породы используются цилиндрические вкладыши из карбида вольфрама, помещенные в стальной корпус и частично выступающие из него. Через определенный период времени в результате износа вкладыши из карбида вольфрама теряют свою эффективность и подлежат замене.

В изношенных буровых головках содержатся еще значительные количества карбида вольфрама. Поскольку он является дорогостоящим продуктом, его извлечение из лома буровых инструментов является весьма желательным. Способ предусматривает обработку раствором сер» ной кислоты для растворения стального корпуса, в котором находится вкладыш, и последующее нагревание при одновременном вибрационном воздействии, в результате чего вкладыши извлекаются из корпуса. В случае крестообразных буровых головок применяют модифицированный вариант процесса, включающий только нагревание и вибрационное воздействие.

По обрабатываемости резанием тугоплавкие материалы разделяются на три группы: 1) вольфрам и его сплавы; 2) молибден, хром и их сплавы; 3) ниобий, тантал, ванадий.

Вольфрам является наиболее тугоплавким материалом; наряду с этим он и его, сплавы обладают высокой механической прочностью и твердостью; предел прочности этих материалов на растяжение доходит до 110 кгс/мм2 (1079 Мн/м2) и твердость — до НВ 490.

Заготовки деталей из вольфрама получают дуговой или электроннолучевой плавкой, а также методами порошковой металлургии. Легирование осуществляют обычно этими же способами. Вольфрам наиболее широко применяется в двух видах — ковкий нелегированный вольфрам с высокой плотностью (98-100%) и пористый вольфрам, пропитанный серебром или медью. Вольфрам первого вида вызывает при механической обработке большие затруднения; наоборот, пропитанный вольфрам обрабатывается резанием так же легко, как и латунь. Так, если вольфрам первого вида при точении твердосплавным резцом не допускает скорости резания более 60-90 м/мин, то вольфрам с 10% серебра допускает скорости 400-600 м/мин. Пропитывающий металл действует как хорошая смазка.

Вольфрам плохо поддается обработке резанием; это объясняется его исключительно высокими хрупкостью, твердостью, теплостойкостью, высоким абразивным воздействием. Основной причиной хрупкости вольфрама являются примеси. Поэтому вольфрам, полученный плавкой электронным лучом/достаточно пластичен. Другим недостатком вольфрама является склонность к образованию нестойких окисных пленок. Вследствие этих причин инструменты из быстрорежущей стали быстро тупятся, вызывая выкрашивание на обрабатываемой поверхности. Поэтому при обработке резанием вольфрама применяют остро заточенный твердосплавный инструмент с большими значениями передних углов. Во всех случаях при конструировании деталей из вольфрама, изготовленных обработкой резанием, следует избегать острых углов и кромок из-за опасности выкрашивания; с этой же целью точение следует вести от середины к торцам заготовки.

Процесс стружкообразования при резании вольфрама протекает по схеме хрупкого разрушения при этом обработанная поверхность детали имеет характерную ярко выраженную шероховатость. Неровности имеют правильные ряды надрывов. При обработке вольфрама плотностью не менее 85% с отн9сительно низкими скоростями резания образуется, мелкодроблена форма стружки. По мере увеличения скорости достигается переход на непрерывную стружку; при этом повышение скорости ведет к снижению шероховатости поверхности.

Обрабатываемость вольфрама резанием ввиду его высокой хрупкости сильно зависит от вида операции. Вероятность откалывания и растрескивания получаемой при обработке поверхности детали особенно велика на операциях, связанных с ударным воздействием инструмента, например на фрезеровании. Следовательно, технологичность конструкций деталей из вольфрама, получаемых механической обработкой, достигается заданием конструктором форм деталей, характеризующихся радиальной симметрией, она обеспечивает широкое применение токарной обработки.

Сила резания при точении вольфрама характеризуется высокой радиальной, составляющей; она составляет 30-50% от полного значения силы и еще более увеличивается при снятии большой ширины среза. Это вызывает повышенный износ вершины инструмента, особенно при резании с отрицательными углами наклона режущей кромки. Следовательно, обработку деталей из вольфрама нужно производить с небольшими глубинами резания.

Хорошие результаты при обработке вольфрама показывает подогрев заготовок токами высокой частоты или горелкой до температур 3004400° С. С повышением температуры вольфрам становится более пластичным (так, при 1000°С относительное удлинение вольфрама составляет 8-10% против нуля при комнатной температуре). Одновременно значительно понижается его прочность. Например, нагрев заголовок до температуры 420° С при точении приводит к увеличению стойкости резцов в несколько раз; при этом устраняются выкрашивание и растрескивание обрабатываемого материала. В этом случае предел прочности на растяжение уменьшается на одну треть, а твердость — вдвое. Нагрев выше этой температуры не рекомендуют, так как это может способствовать интенсивному окислению вольфрама и снижению стойкости, резцов.

Для улучшения обрабатываемости прессованные вольфрамовые заготовки, подвергнутые предварительному спеканию, пропитывают расплавленным металлом, не вступающим в химическое соединение с вольфрамом. Пропитывающий металл должен хорошо смачивать вольфрам и перемещаться по капиллярам.

Он служит наполнителем, а также является хорошей смазкой, вследствие чего предотвращает вырывание частиц вольфрама и уменьшает износ инструмента. Такие заготовки можно обрабатывать обычными твердосплавными и быстрорежущими резцами после этого пропитывающий металл удаляют интенсивным нагревом. Наиболее часто вольфрамовые заготовки пропитывают медью и ее сплавами.

Хорошие результаты при разрезке вольфрама показывает анодно-механическая обработка на режимах: рабочий ток напряжение 18-22 в, скорость подачи заготовки 6-25 мм/мин. Молибден характеризуется низкой обрабатываемостью резанием. По сравнению с вольфрамом молибден более пластичен относительное удлинение молибдена составляет примерно половину от его значения для конструкционных сталей.

Обрабатываемость молибдена резанием, определяется также способом получения заготовки: молибден, получаемый плавкой, несмотря на то что он плотнее порошкообразного молибдена, получаемого спеканием, лучше поддается обработке рёзанием. Это обусловлено меньшим растрескиванием материала, лучшей шероховатостью поверхности. Общей особенностью обработки резанием для обоих видов материалов является высокая истирающая способность. Другой особенностью молибдена является ограниченный выбор видов СОЖ, так как молибден химически активен и легко взаимодействует, например, с осененными маслами. Хорошие, результаты при обработке резанием молибдена показывает смесь хлорированного масла с трихлорэтиленом в пропорции 1:1; при этом следует учитывать, что пары этой жидкости токсичны и требуют проведения специальных мер по технике безопасности. Некоторое повышение стойкости резцов и снижения шероховатости поверхности дает применение 10процентного раствора эмульсола. Особое внимание при обработке молибдена следует уделять обеспечению повышенной жесткости системы СПИД, ликвидации в ней люфтов. При резании молибдена применяют оптимальные величины скоростей; использование низких скоростей резания ведет к увеличению шероховатости поверхности, высоких — к интенсивному износу инструмента.

Для обработки заготовок из молибдена можно применять также ультразвуковой, электроискровой и электрохимический процессы. В последнем случае в качестве электролита используют 10процентный едкий калий. Электролитическое полирование применяют в лабораториях, а также для очистки поверхностей заготовок перед сваркой. Электролит в этом случае содержит 150 мл метилового спирта (95%), 50 мл концентрированной соляной кислоты и 20 мл концентрированной серной кислоты.

Ниобий характеризуется малой прочностью и высокой пластичностью. По обрабатываемости ниобий можно сравнить с медью; оба металла пластичны и легко режутся. Отличительной особенностью ниобия является его активное схватывание с рабочими поверхностями инструментов, наволакивание на них. Это увеличивает работу трения, приводит к наклепу и повышению температуры в зоне резания, а в целом снижает стойкость инструмента и ухудшает шероховатость поверхности.

Бориды тугоплавких металлов являются одним из особо жаропрочных материалов; однако они очень хрупки и восприимчивы к тепловым ударам. Учитывая это, в сплавы на основе боридов добавляют значительное количество металлического цемента, повышающего вязкость и термостойкость сплава.

Удовлетворительные результаты при последующей обработке показывают шлифование и резка абразивами, особенно ультразвуковая и анодно-механическая обработка. Высокая эффективности применения ультразвуковой обработки объясняется повышенной хрупкостью этих материалов, поэтому ультразвуковая обработка боридов показывает большую производительность, равную при мощности УЗ Г 600 вт 20-30 мм2/мин, между тем для твердого сплава ВК8 в тех же условиях она равна только 6-8 мм3/мин. Повышенная производительность при применении анодно-механической обработки деталей из боридов объясняется особо низкой стойкостью боридов под действием электрической дуги; в первую очередь это относится к боридам титана, вольфрама и циркония, а также к сплавам карбидов бора и вольфрама. Анодно-механическая обработка боридных сплавов производится электродом инструментом в виде вращающегося диска или в случае, необходимости получения деталей более сложной формы — по схеме анодно-механического долбления.

Механическая обработка алмазов производится чаще всего распиливанием; в качестве режущего инструмента принимается вращающийся бронзовый диск толщиной 0,05- 0,08 мм, шаржированный алмазным микропорошком. Механика стружкообразования при резании этим способом алмаза заключается в удалении микрочастиц с обрабатываемой поверхности путём хрупкого разрушения алмаза при многократном воздействии зерен абразива. Хрупкое разрушение обусловлено скольжением по поверхности алмаза значительного количества микрозерен абразива, оно приводит к микрораскалыванию поверхностного слоя с образованием в нем полукольцевых микротрещин. Скольжение частиц абразива по месту, где уже имеется полукольцевая микротрещина, приводит к ее увеличению с последующим микровыкрашиванием. Образование микровыступов на обрабатываемой поверхности при воздействии последующих зерен вызывает возникновение микроударов. Это интенсифицирует процесс съема вследствие разрушения обрабатываемого алмаза между полукольцевыми микротрещинами.

Резание алмазов этим методом вследствие их весьма высокой теплопроводности характеризуется относительно низкими температурами (200-300°С); характерной особенностью этого процесса резания является также то, что тангенциальная составляющая во много раз (15-30) превышает составляющую.

Производительность обработки увеличивается с повышением скорости резания до определенного предела, а затем уменьшается. Это объясняется тем, что при низких скоростях (15-20 м/сек) частота воздействия микро зерен на обрабатываемую поверхность алмаза мала, что определяет низкую интенсивность разрушения алмаза. Рост скорости вращения диска, несмотря на уменьшение глубины врезания каждого зерна на каждый цикл резания, повышает производительность обработки за счет роста частоты воздействия зерен. Вместе с тем уменьшение глубины врезания ведет к улучшению чистоты поверхности. Увеличение скоростей резания сверх оптимальных (45 м/сек) приводит к снижению производительности вследствие интенсивного удаления из зоны резания зерен абразива крупной фракции под действием центробежных сил. Таким образом, дальнейшего повышения скоростей резания и производительности обработки можно достигнуть увеличением сил удержания зерен абразива в диске. Для этого применяются диски, при изготовлении которых предварительно металлизированные зерна алмазного микропорошка, вводятся в расплав бронзы в процессе изготовления диска.

Оптимальные скорости вращения диска, обеспечивающие наибольшую производительность, наименьший расход абразива и удовлетворительное качество поверхности после распиливания, находится в пределах 40-45 м/сек.