Инструментальные материалы

Инструментальные материалы разделяются на стали, спеченные твердые сплавына основе карбидов вольфрама, титана и тантала, сверхтвердые материалы(минералокерамика, алмазы, различные модификации кубического нитрида бора). Наибольший объем снимаемой стружки приходится на инструмент из твердых сплавов и быстрорежущей стали.

Классификация и маркировка сталей

Наиболее обширную и важную в практическом отношении группу инструментальных материалов составляют инструментальные стали. По химическому составу они подразделяются на углеродистые, легированные и высоколегированные быстрорежущие стали.

Углеродистые инструментальные стали маркируются буквенно - цифровым кодом (ГОСТ 1435-99). Производят стали качественными У7, У8, У8Г, У9, У10, У12 и высококачественными У7А, У8А, У8ГА, У9А, У10А, У12А. Буква У в марке указывает, что сталь углеродистая, Г - повышенная массовая доля марганца, а цифра - среднее содержание углерода в десятых долях процента. Например, сталь У8ГА расшифровывается: высокоуглеродистая высококачественная эвтектоидная инструментальная сталь, содержащая углерода 0,8%, марганца 1 ... 1,5%, по степени раскисления - спокойная.

Легированные инструментальные стали имеют маркировку, аналогичную легированным конструкционным сталям, за исключением обозначения углерода. Содержание углерода дается в десятых долях процента, как в инструментальных углеродистых сталях. Если массовая доля углерода равна 1, то первые цифры в обозначении марок не указываются: 11ХФ, 13Х, 4ХС, 9ХС, ХВГ, 5ХНВ, 9Х5ВФ, ХВСГФ, 3Х3М3Ф, 5Х2МНФ, 5Х3В3МФС, 4Х5МФ1С, 4ХМНФС, 6Х3МФС, 8Х6НФТ и др. (ГОСТ 5950-2000).

Пример расшифровки: 9ХФ - низколегированная заэвтектоидная инструментальная особовысококачественная сталь перлитного класса, углерода – 0,9%, хрома - 1 ... 1,5%, ванадия - около 0,1%, спокойная, деформируемая;

8Х4В2МФС2 - среднелегированная эвтектоидная инструментальная особовысококачественная сталь мартенситного класса, содержащая углерода 0,8%, хрома 4%, вольфрама 2%, молибдена менее1%, ванадия около0,1%, кремния 2%, спокойная, деформируемая.

Маркировка быстрорежущих сталей начинается с буквы Р. Цифры, стоящие после буквы Р, указывают на содержание вольфрама в процентах. Обозначение и количество других легирующих элементов принято как в легированных конструкционных сталях. Выпускаются быстрорежущие стали следующих марок: Р18, Р9, Р6М5, 11Р3АМ3Ф2, Р6М5Ф3, Р18К5Ф2, Р9К5, Р6М5К5, Р9М4К8, Р2АМ9К5 (ГОСТ 19265-73^*).

Пример расшифровки марки: 11Р3АМ3Ф2 - среднелегированная быстрорежущая инструментальная сталь мартенситного класса, особовысококачественная, спокойная, деформируемая, содержащая углерода 1,1%, вольфрама 3%, азота менее 0,1%, молибдена 3%, ванадия 2%.

Твердые сплавы и их маркировка

К спеченным твердым сплавам относятся материалы, состоящие из высокотвердых и тугоплавких карбидов вольфрама, титана, тантала, соединенных металлической связкой.

Твёрдые сплавы изготавливают методом порошковой металлургии. Порошки карбидов смешивают с порошком кобальта, выполняющего роль связки, прессуют и спекают при 1400 - 1550 ^ОС.

В зависимости от состава карбидной основы спеченные твердые сплавы выпускают трех групп (ГОСТ 3882-74*). Вольфрамовые (системы WC - Co) - однокарбидные, маркируемые буквами ВК и цифрой, показывающей содержание кобальта (К) в процентах, остальное- карбиды вольфрама (В): ВК3; ВК3-М; ВК6; ВК6-М; ВК6-ОМ; ВК6-В; ВК8; ВК8-В; ВК8-ВК; ВК10; ВК10‑ХОМ; ВК4-В; ВК11-В; ВК10-КС; ВК20; ВК20-КС; ВК11-ВК; ВК13. Буквы, стоящие в конце обозначения марок, указывают размеры зерен карбидов вольфрама: М - мелкозернистые; ОМ - особомелкозернистые; С - среднезернистые; В, КС - крупнозернистые; К, ВК - особокрупнозернистые; ХОМ - особомелкозернистые, легированные карбидом хрома. Титано-вольфрамовые (системы TiC-WC-Co) - двухкарбидные, маркируемые буквами Т, К и цифрами, показывающими содержание карбидов титана (Т) и кобальта (К) в процентах, остальное - карбиды вольфрама: Т30К4; Т15К6; Т14К8; Т5К10. Титано - тантало - вольфрамовые (системы TiC-TaC-WC-Co) - трехкарбидные, маркируемые: ТТ7К12; ТТ8К6; ТТ10К8; ТТ10К8Б; ТТ20К9; ТТ8К7. Цифры в марках после букв ТТ обозначают суммарное содержание карбидов титана и тантала в процентах, а после буквы К - количество кобальта в процентах; остальное - карбиды вольфрама. Буква Б в марке указывает на различие соотношения между карбидами титана и тантала по сравнению с маркой без дополнительной буквы.

Пример расшифровки марки: ВК-6М - однокарбидный спеченный твердый сплав вольфрамовой группы, содержащий 6% кобальта, остальное - мелкозернистые карбиды вольфрама (94%);

Т15К6 - двухкарбидный спеченный твердый сплав вольфрамо - титановой группы, содержащий кобальта 6%, карбидов титана 15%, карбиды вольфрама - остальное (79%);

ТТ7К12 - трехкарбидный спеченный твердый сплав титано - тантало - вольфрамовой группы, 7 - суммарное содержание карбидов титана и тантала в процентах, 12 - содержание кобальта в процентах, остальное (81%) - карбиды вольфрама.

В безвольфрамовых спеченных твердых сплавах карбид вольфрама заменен карбидом титана и карбонитридом титана, а в качестве связки используют никель, железо, молибден.

Марки безвольфрамовых спеченных твердых сплавов, в качестве твердой составляющей которых используется сложный карбид титана и ниобия (Ti + Nb)C, маркируются: ТМ1, ТМ2 и др. (ГОСТ26530-85).

Марки, в которых твердой составляющей является карбид титана (TiC), маркируются: ТН-20, ТН-30, ТН-50 и др. (ГОСТ26530-85).

Марки, в которых твердой составляющей является карбонитрид титана (TiCN), маркируются: КТН-16 (ГОСТ26530-85).

В безвольфрамовых сплавах марок ТН цифры указывают примерное содержание никель - молибденовой связки в процентах (ТН-20) - 20% и карбидов титана - 80%.

В сплавах ТМ1, ТМ3, КНТ-16 цифры 1, 3, 16 - условный порядковый номер. С увеличением номера в сплавах ТМ1, ТМ3 уменьшается содержание сложного карбида титана и ниобия. Так, в сплаве ТМ1 содержится 90% (Ti+Nb)C, 5% Ni, 5% Mo; в сплаве ТМ3 - 64% (Ti+Nb)C, 21% Ni, 15% Mo; в сплаве КНТ-16 - 74% TiCN, 19,5% Nb, 6,5% Mo.