23

Режущий инструмент

Курс лекций

Инструментальные материалы.

Требования к инструментальным материалам.

3 группы требований к инструментальным материалам:

1. 1) эксплуатационные,

2) технологические,

2. 3) экономические требования.

Эксплуатационные требования вытекают из условий, в которых работает инструмент - высокие контактные давления близкие к пределу прочности конструкционных материалов и высокие температуры до 1000 град С.

Отсюда

1.Предел прочности

_{в инстр.} >>_{в стали}

2. Твердость материала

HRC_инстр >>HRC _ст

Прочность и твердость – противоположные свойства.

3. Теплостойкость (красностойкость). Свойство инструментального материала сохранять высокую твердость при повышении температуры.

Для углеродистых инструментальных сталей – 200 ⁰C.

Для быстрорежущих - 600..620 ⁰С.

Для твердых сплавов - 800-950 ⁰C.

Технологические требования -

1-хорошая обрабатываемость, особенно шлифуемость;

2-хорошая закаливаемость;

3-способность к пластическому деформированию.

Экономические требования - дешевый материал.

Классификация инструментальных материалов

1. Углеродистые инструментальные стали

Это стали с высоким содержанием углерода ( 0,7…1,3%). Углеродистые стали обозначаются буквой У, за ней следует цифра, характеризующая массовое содержание углерода в в десятых долях %.

У7,У8,У10,У11,У12,У13

У7А,У8А,У10А,У11А,У12А,У13А.

Буква А в конце соответствует высококачественным сталям с пониженным содержанием примесей.

После закалки твердость этих сталей большая – 60…62 НRC, однако теплостойкость низкая. В результате распада мартенсита твердость углеродистых сталей падает при =200 град С. Из таких сталей изготавливают простой слесарный инструмент, пилы, напильники, простой режущий инструмент, работающий при скоростях до 10 м/мин. Сложный инструмент не делают из-за коробления при термической обработке.

2. Легированные инструментальные стали

В состав легированных инструментальных сталей кроме углерода входят такие легирующие элементы как хром, вольфрам, ванадий, марганец, кремний.

Х, хвг, хвсг, 9хс, хв5,х12ф1

Дополнительное легирование в сочетании с достаточно высоким содержанием углерода позволило поднять теплостойкость на 50 град С. Однако это привело к незначительному увеличению максимальной V_рез – до 20 м/мин.

Основное преимущество легированных инструментальных сталей- малые деформации при термической обработке, что приводит к уменьшению коробления и образования трещин. Легированные стали рекомендуются для инструментов сложной формы, работающих с малыми скоростями резания – плашки, развертки, резьбонакатной инструмент, ножовочные полотна.

Инструментальные легированные стали обозначаются цифрой, характеризующей массовое содержание углерода в десятых долях % (если цифра отсутствует, содержание углерода 1%). За цифрой следуют буквы, соответствующие легирующим элементам (Г-марганец, Х- хром, С- кремнии, В- вольфрам, Ф- ванадий), и цифры, обозначающие содержание легирующих элементов в %.

3. Быстрорежущие стали

Созданы в начале прошлого века. Помимо большого процента углерода ( от 0,8% до 1%) содержат значительные добавки вольфрама, молибдена, ванадия. При этом основной компонент – вольфрам (до 18%). Главной причиной повышения режущих свойств сталей является не химсостав, а режим обработки – закалка до высоких температур нагрева 1200^оС и многократный (обычно 3-х кратный ) отпуск. При отпуске из структуры мартенсита и аустенита выделяются износостойкие карбиды легирующих элементов WC, MoC, VC, обеспечивающие повышение теплостойкости. Теплостойкость – 600 ^оС.

В настоящее время принято делить БИС на 2 группы - стали нормальной производительности (СНП) и стали повышенной производительности (СПП).

СНП

Р18, Р12, Р9, Р6М5

В настоящее время используют молибденовые БИС – Р6М5. Молибденовые БИС были созданы с целью снизить стоимость инструментального материала за счет замены части W молибденом. 1% Мо эквивалентен 1,5% W. В результате добавления Мо теплостойкость практически не изменяется, а положительные свойства появляются за счет повышения ударной прочности. Прочность повышается в результате более равномерного распределения карбидов по сечению. По стоимости Мо стали примерно в 1,5…2 раза ниже чем основная марка Р18.

СПП

Кобальтовые : Р9К5, Р6М5К5 Ванадиевые : Р12Ф3, Р6М5Ф3, Р10К5Ф5.

Кобальт как и ванадий повышает теплостойкость и твердость.

Теплостойкость составляет 660 – 680 ^оС.

Твердость 63 – 65 HRC.

Стоимость в 2 раза выше СНП. Недостаток – повышение хрупкости.

4. Металлокерамические твердые сплавы

К металлокерамике относятся сплавы карбидов тугоплавких металлов. В качестве цементирующей связки используется кобальт или никель-молибденовый сплав.

Технология получения металлокерамики:

Предварительно получают порошок карбидов, порошок связки. Дисперсность порошка составляет величины порядка 1 или нескольких мкм. Порошки в нужной пропорции смешиваются. В состав добавляется пластификатор (спиртовой раствор каучука) и из этого состава прессуются изделия требуемой формы. Полученное изделие подвергается спеканию в вакууме или в среде водорода. Температура спекания равна температуре плавления связки кобальта.

Основным карбидом твердых сплавов является карбид вольфрама.

Все вольфрамосодержащие твердые сплавы делятся на 3 группы:

1. Однокарбидные (вольфрамовые)

2. Двухкарбидные (титановольфрамовые)

3. Трехкарбидные (титанотанталовольфрамовые).