Заготовка → предварительная т/о → механическая обработка → окончательная т/о

У9 сфероидизирующий отжиг придание формы инструменту закалка + низкий отпуск

Температура отпуска выбирается в зависимости от твердости, необходимой для инструмента. У7,У8 - температура отпуска 280-300 ^оС НRС 56-58 (но выше ударная вязкость); У9 –У13 - температура отпуска 150-200 ^оС НRС 62-64. Преимущества углеродистых сталей : высокая твердость, дешевизна. Недостатки : из-за низкой теплостойкости (до 200 ^оС ) и прокаливаемости ( у углеродистых ~ 10мм) применяют для изготовления инструментов небольших размеров и для резания материалов с низкой твердостью.

ЛЕГИРОВАННЫЕ ИНСТРУМЕНТАЛЬНЫЕ СТАЛИ.

Содержание углерода 0,9-1,4 %, легирующие элементы : хром, вольфрам, ванадий, марганец, кремний…

Твердость и износостойкость примерно как у углеродистых и определяется высоким содержанием углерода. Легированием увеличивают прокаливаемость, повышают прочность и вязкость.

При окончательной термообработке закалку (8000-850 ^оС) проводят в масло, при этом уменьшается склонность к короблению и образованию закалочных трещин. Далее проводят низкий отпуск.

Маркировка – как и для углеродистых - % углерода в десятых долях; при отсутствии цифры впереди марки – содержание углерода близко к 1 % или больше 1%.Цифры после букв – содержание легирующих элементов в целых единицах (как и в конструкционных), при отсутствии цифры л.э.~ 1%.

Пример: 9ХС – инструментальная легированная качественная сталь, содержание углерода - 0,9%, хрома и кремния ~ 1%.

ХВГ - инструментальная легированная качественная сталь, содержание углерода ~ 1%, хрома, вольфрама, марганца ~ 1%.

Из-за низкой теплостойкости, легированные имеют практически одинаковые с углеродистыми эксплуатационные свойства. Т.е. легированные также применяют для инструментов, работающих при небольших скоростях резания, не вызывающих нагрева свыше 200-260 ^оС. Но в отличие от углеродистых, из легированных можно изготавливать инструмент больших размеров (прокаливаемость больше) и более сложной формы (закалка в масле обеспечивает меньшие напряжения).

БЫСТРОРЕЖУЩИЕ СТАЛИ

Такое название стали получили за свои свойства. Вследствие высоко теплостойкости 550-650 ^оС, изготовленные из них инструменты могут работать с высокими скоростями резания. Быстрорежущие сочетают высокую теплостойкость с высокой твердостью (68-70НRС) . Теплостойкость создается специальным легированием сильными карбидообразующими элементами: W , V, Mo, Cr ;с последующим применением специальной термообработки.

Маркировка: Р18, Р5М5, Р9К5, Р12Ф3 - в начале маркировки буква Р ( «рапид» - быстрый); цифра за буквой Р показывает содержание основного легирующего элемента вольфрама в целых процентах, цифры после других букв – содержание других легирующих в процентах. . Во всех быстрорезах присутствует хром ~ 4%, но его содержание в марке не указывают. Не указывают также молибден – при содержании до 1% и ванадия ~ до 2%. Содержание углерода во всех быстрорезах в районе 1%.

Р18 – инструментальная быстрорежущая сталь, содержание углерода до 1%, W -18%, Cr -4%, не более 1% Мо, не более 2% V.

Р6М5 – инструмент. Быстрореж. сталь, содержание углерода до 1%, W -6 %, Мо – 5%,Cr -4%, не более 2% V.

Быстрорежущие – это стали ледебуритного класса (легирующие элементы смещают эвтектику

(4,3 % С) влево и в стали с содержанием 1% углерода появляется эвтектика – ледебурит). Таким образом после литья быстрорежущие стали имеют в структуре ледебурит - механическая смесь Аустенит + Карбиды первичные (очень крупные). Измельчение первичных карбидов происходит при последующей горячей деформации. Высокие эксплуатационные свойства получают после закалки и 3-х кратного отпуска:

Рис.24 Термообработка быстрорежущей стали. Учебник, стр. 147, рис.14.1., а).

При закалке быстрорежущие стали требуют нагрева до очень высоких температур (1290 ^о С) – для полного растворения карбидов в аустените, чтобы получить высоколегированный мартенсит и обеспечить высокую теплостойкость. Необходимость ступенчатого прогрева до достижения температуры закалки вызвана низкой теплопроводностью быстрорежущей стали.

Структура после закалки – Мартенсит закалки + карбиды + Аустенит остат. (до 40%),твердость ~ НRС62.

Наличие Аустенита остаточного ухудшает режущие свойства (имеет меньшую твердость). Для снижения Аустенита остаточного после закалки применяют 3-х кратный отпуск при 560 ^оС. При этом Аост. превращается в Мартенсит отп. И твердость увеличивается до 68-70НRС. Структура после закалки и 3-х кратного отпуска – Мотп. + карбиды +небольшое количество Аост.

Инструмент из быстрорежущих сталей : резцы, сверла, протяжки, метчики… Часто из дорогостоящей быстрорежущей стали изготавливают только рабочую часть, а «державку» - из углеродистой.

ТВЕРДЫЕ СПЛАВЫ

В качестве материалов для инструментов используют твердые сплавы, так называемую металлокерамику, состоящую из твердых тугоплавких карбидов вольфрама, титана, тантала (Та) и связующей фазы. Их изготавливают методом порошковой металлургии. Порошки карбидов(WC, TiC, TaC) смешивают с порошком кобальта (Со играет роль связки), прессуют , далее спекают при температуре ~ 1500 ^оС. При этой температуре кобальт плавится и связывает частички карбидов. После охлаждения получается плотный материал, состоящий на 80-95 % из карбидов (остальное – связка).

Твердые сплавы имеют очень высокую твердость 74-76 НRС при достаточно высокой прочности, отличаются высокой износостойкостью и теплостойкостью 800-1000 ^оС.

Основные твердые сплавы:

-группа ВК (WC +Со) - ВК3, ВК6, ВК25 – число после буквы К указывает процент кобальта, остальное карбид WC. Чем больше в сплаве Со –связки, тем выше прочность, но ниже твердость.

- группа ТК( WC+ TiC + Со) – Т30К6 – твердый сплав, содержащий 30% TiC, 6% Со, остальное (64%) - WC.

-группа ТТК ( WC+ TiC + ТаС + Со) – ТТ7К12 - сумма карбидов титана и тантала составляет 7%, кобальта 12%, остальное карбид вольфрама.

Твердые сплавы производят в виде пластин, которыми оснащают рабочие части резцов, сверл, фрез… По эксплуатационным свойствам они превосходят быстрорезы и применяются для резания с высокими скоростями.

СВЕРХТВЕРДЫЕ МАТЕРИАЛЫ

Среди сверхтвердых материалов первое место принадлежит алмазу, твердость которого(10000НV) ~ в 6 раз больше твердости карбида вольфрама (1700НV) и ~ в 8 раз больше твердости быстрорежущей стали (1300НV).

Основное количество алмазов (и природных и синтетических) чаще используют в виде алмазного порошка для изготовления алмазно-абразивного инструмента. Чаще это шлифовальные круги для обработки особо твердых металлов и горных пород.

Необходимо отметить, что у алмаза высокая адгезия (прилипание) к железу, что является причиной низкой износостойкости при точении сталей и чугунов.

Алмазным инструментом обрабатывают цветные металлы и их сплавы, пластмассу, керамику – при этом обеспечивается хорошая шероховатость поверхности.

СТАЛИ ДЛЯ ИЗМЕРИТЕЛЬНОГО ИНСТРУМЕНТА

Применяемые марки : У12, Х, ХВГ, Х9…

Для измерительного инструмента огромное значение имеет постоянство формы и размеров в течение срока службы инструмента. При термообработке измерительного инструмента большое внимание уделяется стабилизации Мартенсита и Аустенита ост., чтобы в процессе работы не происходило превращение Аост. в М и не изменялась тетрагональность (искаженность ) решетки Мартенсита, а следовательно и размеров.

Это достигается соответствующим режимом термообработки : закалка + низкий отпуск с большой выдержкой - 12-50часов. (при большой выдержке полностью проходят все превращения и это дает стабильность размеров). Плоские инструменты – шаблоны, скобы, линейки изготавливают из низкоуглеродистых сталей (сталь15,20) - после цементации их подвергают закалке с низким отпуском, также с длительной выдержкой.

МАТЕРИАЛЫ С ОСОБЫМИ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИМИ СВОЙСТВАМИ