Рис. 1. Зависимость коэффициента линейной деформации от температуры фазовых превращений в стальной державке при пайке медным и латунным припоями:

Коэффициент линейного расширения аустенита аа для различных марок стали колеблется в пределах от 17-10-6 до 23 • 10-6 мм/мм-град. Изменяя аа подбором соответствующих марок стали, можно получить для одного и того же значения Т3 семейство линий нулевых напряжений.

При изменении температуры затвердевания припоя может быть получено другое семейство этих линий. На рис. 1 пунктиром показаны линии нулевых напряжений для латунного припоя с температурой затвердевания 906°, а сплошными — для меди Т3— 1083°. На оси ординат диаграммы наряду со значениями Р отложены соответствующие им значения твердости по Бринеллю и указаны области различных структур.

Горизонтальная линия р = 0,0136 является верхней границей существования структур стали; ниже этой линии последовательно находятся структуры: мартенсит, троосто-мартенсит, сорбит, перлит, аустенит.

Если в результате применяемого технологического процесса пайки и термообработки инструмента образуется структура, которой соответствует коэффициент, находящийся выше линии нулевых напряжений, то в твердом сплаве возникнут напряжения растяжения, если же ниже,— напряжения сжатия.

Рассмотрим методику использования диаграммы на рис. 1 при разработке технологического процесса изготовления твердосплавного инструмента с точки зрения, выбора припоя, марки стали, режимов пайки и термической обработки.

В качестве примера рассмотрим случай, когда коэффициент линейного расширения применяемой стали равен 23 • 10-6 мм/мм • град. Из диаграммы видно, что при пайке медью линия нулевых напряжений этой стали пересекает предельную ординату (Р = 0,0136) при температуре превращения аустенита 470°. Если превращение протекает в интервале температур 470—550°, то для получения нулевых напряжений в инструменте продуктом распада аустенита должен быть мартенсит; при более высоких температурах распада — должна быть структура троосто-мартенсита.

При этих температурах в обычно применяемых для державок сталях распад аустенита происходит с образованием перлито-сорбитных структур, т. е. структур, которым соответствуют меньшие значения р.

Как видно из диаграммы, в этом случае в твердом сплаве должны возникнуть напряжения сжатия, величина которых определяется по вертикали расстоянием между ординатой Р (соответствующей полученной структуре в результате распада аустенита при заданной температуре) и точкой пересечения с линией нулевых напряжений. Чем больше это расстояние, тем выше величина напряжений.

В настоящее время при изготовлении твердосплавного инструмента охлаждение после пайки чаще всего осуществляют в сухом песке что обусловливает распад аустенита примерно при 550°. В этом случае при аа =23-10 ~4 мм/мм • град величина внутренних напряжений будет пропорциональна отрезку DC.

Если охлаждение инструмента совмещать с изотермической закалкой на мартенсит в ванну с температурой 250°, то величина внутренних напряжений будет пропорциональна отрезку АВ, который примерно в 2 раза меньше отрезка DC, из чего можно сделать вывод, что обработка по второму режиму обеспечивает получение инструмента с соответственно меньшими внутренними напряжениями.

Далее рассмотрим случай, когда при принятой ранее марке стали в качестве припоя служит латунь Л-62 (Гл = 906°). Линия нулевых напряжений в том случае пересечет предельную ординату с р = 0,0136 при температуре превращения аустенита 120°.

При превращении аустенита в интервале температур 120— 190° для получения нулевых напряжений продуктом распада должен быть мартенсит. В тех случаях, когда процесс термической обработки ведется так, что распад аустенита происходит при более высоких температурах, получающиеся структуры дают меньшую твердость и внутренние напряжения в твердом сплаве получаются более высокими.

Приведенный анализ пайки рассматриваемой стали различными припоями (медью и латунью) позволяет обосновать выбор припоя. При пайке медью для получения инструмента с нулевыми напряжениями требуются такие структуры, которые при обусловленных диаграммой значениях Тщ> практически получить нельзя 2 (для применяемых в настоящее время марках стали для державок).

В то же время пайка латунью допускает ряд режимов изотермического превращения аустенита от 120 до 400°, при которых возникающие структуры стали обеспечивают получение в спаянном соединении низких напряжений.

Диаграмма на рис. 1 позволяет подойти к выбору режима пайки и термообработки и обосновать марку стали при заданном припое.

При разработке технологического процесса можно изменять как состав припоя, так и марку стали в пределах заданных технических условий. Это позволяет разработать оптимальный процесс с точки зрения качества инструмента.

Влияние структурных превращений в стальной державке на величину внутренних напряжений, возникающих в твердосплавном инструменте при пайке, может быть оценено аналитическим способом с учетом фазовых превращений в стали. До настоящего времени определение внутренних напряжений в твердосплавном инструменте расчетным путем проводилось без учета этих превращений.