§ 180. Материалы, применяемые для изготовления резцов

И ДРУГИХ ИНСТРУМЕНТОВ

Материалы, предназначенные для изготовления режущих инструментов, должны обладать следующими основными свойствами:

1. твердостью, превышающей твердость обрабатываемого материала;

2. достаточной вязкостью, при отсутствии которой режущие лезвия инструментов выкрашиваются от давления стружки, особенно если это давление переменное;

3. теплостойкостью, т. е. способностью сохранять исходную твердость и режущие свойства после неоднократного нагрева до определенной тем­пературы;

4. износостойкостью, т. е. способностью инструментального материала сопротивляться износу (истиранию) при трении по обрабатываемому ма­териалу;

5. достаточно высокими механическими свойствами — пределами проч­ности на изгиб, сжатие, кручение, растяжение.

Для изготовления режущих инструментов применяют углеродистые инстру­ментальные стали, легированные инструментальные стали, быстрорежущие стали, твердые сплавы, минералы и минералокерамические материалы.

1. Углеродистые инструментальные стали содер­жат 0,7—1,2% углерода. После закалки твердость углеродистой инстру­ментальной стали может быть доведена до R_c = 62 -+- 63. Эти стали обла­дают относительно хорошей ударной вязкостью а_к=1,5кгм/мм²ивысо­кими механическими свойствами а_ь = 160 кг/мм².

Недостатком их является сравнительно низкая теплостойкость. При нагреве до 200—250° эти стали теряют свою твердость, а следовательно, и режущие свойства.

Из углеродистых сталей изготовляют инструменты, работающие при низких и умеренных скоростях резания, — резцы, сверла и зенкеры малых диаметров, метчики, круглые плашки, развертки, шаберы, напильники, ножовочные полотна и др.

2. Легированные инструментальные стали па химическому составу отличаются от обычных углеродистых инструментальных сталей наличием легирующих элементов хрома, вольфрама и др. или повышенным содержанием кремния или марганца.

Легированные инструментальные стали содержат 0,9—1,1% углерода. После закалки твердость их может быть доведена до Rс = 62 -=- 63. Они обладают высокой вязкостью а_й = (1,5-ь4 кгм/мм²) и более высокими меха­ническими свойствами, чем углеродистые стали: а_ь = (160 ч- 175) кг/мм². Теплостойкость легированных инструментальных сталей сохраняется до 200—220°. Как и углеродистые, легированные стали можно применять только при умеренных и низких скоростях резания.

Легированные стали марки 9ХС (хромокремнистая) и особенно ХВГ (хромо вольфрама марганцевая) имеют ценное качество — они мало дефор­мируются при термической обработке. Эти стали употребляют для изготовле­ния таких инструментов, как протяжки, сверла, развертки, метчики, плашки и т. п.

3. Быстрорежущие стали применяются для изготовления: ответственного режущего инструмента сложной формы (фасонные резцы, зуборезный инструмент, протяжки и др.) и отличаются большим сопротивле­нием износу. Теплостойкость быстрорежущей стали560—600°.Твердостьпосле закалки и отпуска R_с = 62 ÷ 65.

Механические свойства быстрорежущей стали: бв = (190 ÷ 200) кГ/мм²,

a_k = 2 кгм/мм².

Режущие инструменты из быстрорежущей стали работают при ско­ростях резания в среднем в 2—4 раза больших, чем инструменты из угле­родистой стали.

Современные быстрорежущие стали содержат 6—19% вольфрама; 3,6— 4,6% хрома; 0,2—2,6% ванадия; 0,3—0,6% молибдена.

Основными марками быстрорежущей стали являются стали Р18 и Р9. Сталь марки Р9 имеет меньшую вязкость и хуже обрабатывается шлифова­нием.

Быстрорежущую сталь закаливают в масле после нагрева до 1280—1300° и подвергают многократному отпуску (2—4 раза) при 560'—580° с выдержкой по 1 часу или однократному отпуску с выдержкой 3—4 часа.

4. Твердые сплавы. В отличие от углеродистых, легированных и быстрорежущих сталей, основу которых составляет железо, в твердых сплавах железо отсутствует. Твердые сплавы получают спеканием при 1500—1550° карбидов вольфрама, карбидов титана и кобальта. Пластинки из твердого сплава обладают высокой твердостью, достигающей R& = 86ч-92.

Теплостойкость твердых сплавов намного выше быстрорежущей стали, доходит до 1000—1200°. Твердые сплавы обладают высокой износостойко­стью и допускают применение их при скоростях резания, превышающих в 3;—5 раз и более скорости резания быстрорежущими сталями. Недостатком твердых сплавов является низкая вязкость б_k = 0,1 кгм/мм² и плохая сопротивляемость изгибу бизг = (190 ÷120) кг/мм²; б_в= (50 ÷100) кг/мм².

Твердые сплавы, выпускаемые в СССР, подразделяются на две группы: ВК (вольфрамокобальтовые марок ВК2, ВКЗ, ВК6, ВК8 и др.) — более вязкие, но менее твердые и износостойкие и ТК (вольфрамотитанокобальтовые марок Т5К7, Т5КЮ, Т14К8, Т15К6, Т30К4, Т60К6 и др.)—менее вязкие, но более твердые и износостойкие.

Твердые сплавы группы ВК предназначаются для обработки чугуна, твердых хрупких металлов и неметаллических материалов — мрамора, стекла, пластмасс и др. Твердые сплавы группы ТК предназначаются для обработки сталей.

5. Минералокерамические материалы применяют для изготовления режущих инструментов, предназначенных для скоростной обработки металлов. Их основой является окись алюминия А1₂0₃. Суще­ственным достоинством минералокерамических материалов является то, что они не содержат вольфрама и других дефицитных материалов. Мине­ралокерамические сплавы обладают более высокой износостойкостью, чем твердые сплавы (в 2 раза выше износостойкости Т15К6 и в 3 раза выше 'износостойкости ВК8). Теплостойкость выше 1200°. Недостаток —высокая хрупкость, препятствующая широкому внедрению их в промышленность. Ударная вязкость a_к = (0,08÷0,085) кгм/мм²; бв = 12 кг/мм².

Лучшей маркой минералокерамических материалов является ЦМ332. При чистовой обработке стали резцами, оснащенными пластинками этого сплава, можно достичь скоростей резания до 2000 м/мин, что в 1,5—2 раза превышает возможности твердого сплава Т15К6 в таких же условиях.