Лабораторная работа инструментальные материалы

1. Общие сведения

Основные свойства, которыми должен обладать материал для режу­щих инструментов, — износостойкость и теплостойкость.

Условия работы инструментов зависят от режимов резания и свойств обрабатываемого материала. Чем больше скорость резания, сечение сни­маемой стружки, а также прочность и вязкость обрабатываемого мате­риала, тем выше температура нагрева режущей кромки инструментов. При этих условиях работоспособность инструментов определяется высо­кой «горячей» твердостью и способностью материала сохранять ее при длительном нагреве, т.е. теплостойкостью. От теплостойкости материа­ла, таким образом, зависит производительность резания.

По теплостойкости применяемые материалы подразделяют на следу­ющие группы: углеродистые и низколегированные стали (до 200°С), вы­соколегированные быстрорежущие стали (до 600 — 640°С), твердые спла­вы (до 800 - 1000 °С) и сверхтвердые материалы (до 1200 °С).

2. Углеродистые стали

Углеродистые стали (ГОСТ 1435-90) производят качественными У7, У8, У9, ..., У13 и высококачественными У7А, У8А, У9А, ..., У13А. Бук­ва У в марке показывает, что сталь углеродистая, а число указывает сред­нее содержание углерода в десятых долях процента. Углеродистые стали поставляют после отжига на зернистый перлит. Благодаря невысокой твердости в состоянии поставки (187 - 217 НВ) углеродистые стали хоро­шо обрабатываются резанием и деформируются, что позволяет применять накатку, насечку и другие высокопроизводительные методы изготовления из них инструментов.

Из-за низкой прокаливаемости (10 - 12 мм) углеродистые стали при­годны для мелких инструментов или инструментов с поперечным сечени­ем до 25 мм с незакаленной сердцевиной, в которой режущая часть при­ходится на поверхностный слой (метчики, развертки, напильники и т.п.). Несквозная закалка уменьшает деформацию инструментов и повышает благодаря вязкой сердцевине их устойчивость к ударам и вибрациям. Ин­струмент с поперечным сечением 15 - 25 мм после закалки охлаждают в воде или водных растворах солей и щелочей. Инструменты с незакален­ной сердцевиной меньшего сечения для уменьшения деформаций и опас­ности растрескивания охлаждают в масле, водных растворах полимеров или расплавах солей.

Режущие инструменты (мелкие метчики, сверла, напильники, пилы, шаберы и др.) изготовляют из заэвтектоидных сталей У10, УН, У12 и У13. Их подвергают неполной закалке и низкому отпуску при 150- 180 °С на структуру мартенсита с включениями цементита. Такие инструменты обладают повышенной износостойкостью и высокой твердостью (62-64 HRC) на рабочих гранях. Однако твердость сильно снижается при нагреве свыше 200 °С. В связи с этим инструменты из этих сталей пригодны для обработки при небольших скоростях резания.

Заэвтектоидные стали используют также для изготовления измери­тельных инструментов (калибры простой формы и невысоких классов точ­ности) и небольших штампов холодной высадки и вытяжки, работающих при невысоких нагрузках.

Стали У7, У8, У9, обеспечивающие более высокую вязкость, применя­ют для инструментов, подвергающихся ударам: деревообрабатывающих, слесарных, кузнечных, а также пуансонов, матриц и др. После полной закалки их отпускают на структуру троостита при 275 - 325 °С (48 - 55 HRC) или при 400 - 450°С (38 - 45 HRC).