Санкт-Петербургский государственный политехнический университет

Институт машиностроения

БИТЮКОВ Р.Н.

Инструментальные материалы

Учебное пособие

для самостоятельной работы студентов заочной формы обучения

направления 151900.62 Конструкторско-технологическое обеспечение машиностроительных производств

по дисциплине

"ПРОЦЕССЫ И ОПЕРАЦИИ ФОРМОБРАЗОВАНИЯ"

Санкт-Петербург

2013

ОГЛАВЛЕНИЕ

ИНСТРУМЕНТАЛЬНЫЕ МАТЕРИАЛЫ 3

ЦЕЛЬ РАБОТЫ 3

1. ТРЕБОВАНИЯ ПРЕДЯВЛЯЕМЫЕ К ИНСТРУМЕНТАЛЬНЫМ 3

МАТЕРИАЛАМ 3

2. ИНСТРУМЕНТАЛЬНЫЕ СТАЛИ 4

3. ТВЕРДЫЕ СПЛАВЫ 9

4. МИНЕРАЛОКЕРАМИКА 17

5. СВЕРХТВЕРДЫЕ МАТЕРИАЛЫ 19

6. МОНОКРИСТАЛЛИЧЕСКИЕ МАТЕРИАЛЫ 21

7. СОДЕРЖАНИЕ ОТЧЕТА 22

8. ИНДИВИДУАЛЬНЫЕ ЗАДАНИЯ 22

КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ ДЛЯ САМОПРОВЕРКИ 24

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ 25

ИНСТРУМЕНТАЛЬНЫЕ МАТЕРИАЛЫ

ЦЕЛЬ РАБОТЫ

Изучить классификацию, маркировку, химический состав, основные физико-механические свойства и область применения инструментальных материалов.

1. ТРЕБОВАНИЯ ПРЕДЯВЛЯЕМЫЕ К ИНСТРУМЕНТАЛЬНЫМ

МАТЕРИАЛАМ

Высокие эксплуатационные характеристики режущих инструментов в значительной степени зависят от каче­ства материала, из которого эти инструменты изготовле­ны. Материалы, предназначенные для режущих инстру­ментов, должны по ряду показателей значительно превос­ходить материалы, применяемые в машиностроении для изготовления различных деталей. Основные требования к инструментальным материалам следующие.

1. Инструментальный материал должен иметь высокую твердость в состоянии поставки или достигаемую в ре­зультате его термической обработки — не менее 63... 66 HRC_Э, по Роквеллу (шкала С).

2. При резании металлов выделяется значительное количество теплоты и режущая часть инструмента нагре­вается. Температура рабочих поверхностей и режущих кромок инструмента зависит от условий, при которых ведется обработка, и может достигать нескольких сот градусов. Необходимо, чтобы при значительных темпе­ратурах резания твердость поверхностей инструментов существенно не уменьшалась.

Способность материала сохранять высокую твердость при повышенных температурах и исходную твердость после охлаждения называется теплостойкостью. Инстру­ментальный материал должен обладать высокой тепло­стойкостью.

3. Наряду с теплостойкостью, инструментальный ма­териал должен иметь высокую износостойкость при повы­шенной температуре, т. е. обладать хорошей сопротивля­емостью истиранию обрабатываемым материалом.

4. Важным требованием является достаточно высокая прочность инструментального материала. Если высокая твердость материала рабочей части инструмента сопро­вождается значительной хрупкостью, это приводит к по­ломке инструмента и выкрашиванию режущих кромок.

5. Инструментальный материал должен обладать тех­нологическими свойствами, обеспечивающими оптималь­ные условия изготовления из него инструментов. Для инструментальных сталей ими являются хорошая обраба­тываемость резанием и давлением; благоприятные особенности термической обработки (малая чувствительность к перегреву и обезуглероживанию, хорошие закаливае­мость и прокаливаемость, минимальные деформирование и образование трещин при закалке и т. д.); хорошая шлифуемость после термической обработки.

Для твердых сплавов первые два требования менее существенны, но зато особое значение приобретает хоро­шая шлифуемость, а также отсутствие трещин и других дефектов, которые возникают в. твердом сплаве после припайки пластин, при шлифовании и заточке инстру­мента.

К инструментальным материалам относятся инструментальные стали (углеродистые, легированные и быстрорежущие), твердые сплавы (одно-карбидные, двух-карбидные, трех-карбидные и безвольфрамовые), минералокерамика (оксидная и нитридная), сверхтвердые материалы (алмаз и кубический нитрид бора) и монокристаллические материалы.

Свойства инструментальных материалов и допустимые скорости резания в зависимости от их теплостойкости приведены в табл. 1.1.

Таблица 1.1. Некоторые свойства инструментальных материалов

Материал	Марка	Твердость	Теплостойкость,0С	Допустимая скорость резания, м/мин
Углеродистая сталь	У12А	HRCЭ 61…63	150…200	15…18
Легированная сталь	9ХС	HRCЭ 62…64	200…260	20…25
Быстрорежущая сталь	Р6М5	HRCЭ 63…66	600…650	≈ 100
Твердый сплав	Т14К8	HRА 87…92	≈ 1000	≈ 1000
Режущая керамика	ЦМ-332	HRА 91…95 (HV 22500)	≈ 1200	≈ 1500
Кубический нитрид бора	Эльбор	HV 90700	≈ 1600	≈ 1500
Алмаз природный Алмаз искусств.	АП АСБ	HV 100000 HV 98700	≈ 800	≈ 300