2.2. Прочность инструментальных материалов.

Высокая твердость ИМ определяет ряд особенностей их прочностных свойств.

Предел прочности весьма сильно зависит от условий нагружения.Чем больше доля нормальных напряжений при приложении нагрузки, тем меньше значения предела прочности (рис.2.4). Наибольшая доля нормальных напряжений возникает при растяжении, затем по мере убывания – при изгибе, кручении, сжатии, всестороннем сжатии (условия близкие к возникающим при измерении твердости, поэтому при измерениях твердости даже весьма хрупких материалов, например, керамики не происходит разрушения).

Так, предел прочности быстрорежущих сталей при растяжении – 1700 – 2000 Мпа, а при сжатии – около 4000 Мпа. Аналогичную зависимость можно продемонстрировать и для СТМ. Предел прочности при сжатии составляет 300 и 375 Мпа, а при изгибе – 75 и 100 Мпа, соответственно, для синтетического алмаза и нитрида бора.

Определения прочности ИМ проводится испытаниями на изгиб. Испытания на растяжение и сжатие являются малочувствительными. Значения пределов прочности разных марок сталей или твердых сплавов при этих испытаниях близки, что не позволяет провести надежную оценку. Испытания на кручение используют для оценки прочности осевого инструмента (сверл), это натурные испытания, они выполняются непосредственно на инструменте.

Пределы прочности и текучести ИМ близки, это определяет хрупкий характер их разрушения.

Предел прочности ИМ чувствителен к скорости нагружения– он тем ниже, чем больше скорость приложения нагрузки (ИМ плохо работают при ударных нагрузках).

Прочность ИМ значительно снижается при наличии надрезов, являющихся концентраторами напряжений. Это означает, что прочность реальных инструментов можно повысить, снизив шероховатость поверхности. Так, прочность фрезерованных образцов ниже примерно в 1,5 раза, чем шлифованных и в 2 раза, чем полированных.

Прочность инструментальных и быстрорежущих сталей является анизотропной– ее значения вдоль проката выше, чем в поперечном направлении.

Прочность ИМ зависит от масштабного фактора– более низкие значения у крупногабаритных инструментов. Для быстрорежущих сталей чувствительность к масштабному фактору определяется большей карбидной неоднородностью, у твердых сплавов большей пористостью крупных заготовок.

2.3. Ударная вязкость им.

Испытания на ударную вязкость относятся к динамическим методам. Образец устанавливают на маятниковом копре, маятник поднимают на высоту h₁, при падении он разрушает образец, поднимаясь на высотуh₂,при этомh₂<h₁, т.к. часть запасенной при подъеме работы тратится на разрушение образца (рис. 2.5). Таким образом, работа разрушения составит:

А=mg(h₁-h₂)[кгс м/см²или КДж/м²]. Ее значения считываются со шкалы, установленной на маятниковом копре.

Ударная вязкость - это относительная работа разрушения, т.е. работа, отнесенная к площади образца до разрушения.

Разрушение металла при ударных нагрузках развивается в две стадии. На первой зарождается трещина, на второй она распространяется до разрушения образца. Таким образом, суммарная величина работы разрушения складывается из двух составляющих - работы по зарождению (Аз) и распространению (Ар) трещины. Эти составляющие зависят от структуры и свойств материала. Существует несколько способов разделения работы разрушения. Так, на образце заранее создают очень тонкий надрез (несколько мкм, например, на электроэрозионном станке), т.е. трещину. Таким образом, при разрушении необходимо затратить только работу на распространения трещины.

У хрупких материалов величина Ар близка нулю, т.е. сопротивление ударным нагрузкам ИМ определяется практически только работой зарождения трещины. Это еще раз подтверждает чувствительность ИМ к надрезам и другим концентраторам напряжений, которые резко снижают сопротивление ударным нагрузкам инструментов.

Из-за чувствительности к надрезам определения ударной вязкости ИМ определяют на гладких (без надреза) образцах, в отличие от образцов с надрезом (KCU или KCV), используемых для вязких, конструкционных материалов.

Ударная вязкость ИМ, как и прочность, чувствительна к масштабному фактору, является анизотропной.