Инструментальные материалы

К материалам, применяемым при изготовлении инструмента для обработки металлов резанием, предъявляются высокие требования в отношении прочности, твердости, теплостойкости и износостойкости. В качестве материалов используют углеродистые и легированные инструментальные стали, быстрорежущие стали, метало-керамические твердые сплавы и минерало-керамические материалы. Отдельную группу составляют технические алмазы и искусственные сверхтвердые материалы на основе кубического нитрита бора («Эльбор», «Боразон», «Белбор»).

Углеродистые инструментальные стали обладают достаточно высокой прочностью и твердостью, но теряют эти качества при температуре 180-200 градусов. Поэтому они применяются только при изготовлении ручного слесарного инструмента.

Легированные инструментальные стали, имеющие в своем составе добавки минеральных элементов, таких как хром, молибден, кобальт, ванадий, вольфрам, лишены некоторых недостатков, присущих углеродистым сталям, и обладают несколько более высокой теплостойкостью (350-450 градусов). Однако их применение ограничено и оправдано только при небольших скоростях резания.

Быстрорежущие стали, легированные вольфрамом, хромом, ванадием и молибденом, имеют высокую прочность, твердость и красностойкость. Они не теряют режущих свойств при нагреве до 600-670 градусов. Они маркируются буквой «Р» и цифрой, которая показывает среднее содержание вольфрама в %. Наиболее распространены марки Р9, Р12, Р18. Для повышения теплостойкости и красностойкости быстрорезы легируют дополнительно кобальтом.

В состав быстрорежущих сталей всегда входят 0,7…0,95% углерода и 3,8…5% хрома. Быстрорежущие стали можно разделить на 2 группы:

– стали нормальной производительности (Р9, Р12, Р18, Р18М (вольфрамомолибденовая), Р18Ф2, Р6М5, Р6М6);

– стали повышенной производительности (Р18Ф2К5, Р9Ф2К10, Р10Ф5К5).

Метало-керамические твердые сплавы – инструментальный материал, отличающийся высокой твердостью, износостойкостью и теплостойкостью, сохраняет режущие свойства при нагреве до 1000 градусов.

Твердые сплавы подразделяются на 3 группы:

(1) Вольфрамомолибденовые;

(2) Титановольфрамокобальтовые;

(3) Танталотитановольфрамокобальтовые.

Сплавы (1) группы состоят из карбида вольфрама и кобальта, служащего связкой. Сплав маркируется двумя буквами «ВК» и цифрой справа, которая показывает содержание кобальта в %. Сплавы этой группы предназначены в основном для обработки чугуна, цветных металлов, их сплавов, неметаллических материалов.

Сплавы (2) группы состоят из карбидов вольфрама и карбидов титана, сцементированных кобальтом. Сплав маркируется буквами «ТК» и цифрами, которые показывают содержание карбида титана и кобальта в %. Количество карбида вольфрама дополняет состав до 100%. Например, Т30К4 – 30% карбида титана, 4% кобальта и 66% карбида вольфрама. Сплавы этой группы предназначены в основном для обработки сырых и термически обработанных сталей.

Сплавы (3) группы состоят из карбидов тантала, титана и вольфрама, сцементированных кобальтом. Сплав маркируется буквами «ТТК», цифра после ТТ показывает содержание карбидов тантала и титана в %, цифра после К – содержание кобальта в качестве связки в %. Например, ТТ7К12 – 7% карбидов тантала и титана, 12 % кобальта и 81% карбида вольфрама.

Введение карбидов тантала, а также легирующего элемента ниобия (Nb) (ТТ10К8Б) значительно повышает прочность сплава, хотя и снижает его теплостойкость. Эти сплавы, как более прочные, применяются для изготовления инструмента, работающего с ударами и по корке при обработке поковок и отливок.

Режущие свойства твердых сплавов зависят не только от их состава, но и от размеров зерен карбидов. Сплавы с мелкими зернами (14-120 мкм), например, ВК6М (М – мелкие зерна), или с зерном более крупным, чем обычно (250-600 мкм), например, ВК4В (В – крупные зерна), гораздо прочнее, чем обычные сплавы и могу применяться для инструмента, работающего с пульсирующей нагрузкой и обработке трудно обрабатываемых сплавов.

Минерало-керамические материалы – инструментальный материал на основе Al₂O₃ с небольшими добавками MgO. Твердость и красностойкость у таких материалов выше, чем у метало-керамических, допускается скорость резания до 2000 м/мин. При чистовой обработке сталей и чугунов красностойкость до 1200 градусов. Недостатком является их низкая прочность на изгиб.