1. Инструментальные нетеплостойкие и быстрорежущие стали

1. Углеродистые и легированные инструментальные стали

Основная область применения этих сталей – ручной инструмент. Их применяют также для изготовления инструмента, работающего с невысокими скоростями резания (протяжки, развертки) при обработке материалов с низкой твердостью (до 200НВ). Для обработки материалов большей твердости рекомендуется применение быстрорежущих сталей, обладающих более высокой износостойкостью.

После упрочняющей термической обработки (закалка + низкий отпуск) стали получают близкие свойства (твердость 62…64HRC).

Выбор сталей определяется их прокаливаемостью.

Углеродистые инструментальные стали обладают низкой прокаливаемостью – 12…20мм при закалке в воду.

Прокаливаемость легированных инструментальных сталей выше: стали 9ХС – до 50мм, ХВГ – до 70мм, ХВСГ – до 90…100мм при закалке в масло.

Применение углеродистых сталей ограничено также высокой вероятностью появления трещин при закалке. Область их рационального применения – инструмент, упрочняемый закалкой ТВЧ (напильники, сталь У13).

2. Быстрорежущие стали

Быстрорежущие стали, наряду с твердыми сплавами, является основным инструментальным материалом. Выбор быстрорежущей стали определяется в первую очередь свойствами обрабатываемого материала.

При обработке материалов, обладающих высокой обрабатываемостью (автоматные стали, серые ферритные чугуны, цветные металлы, например, автоматные латуни) возможно использование низколегированных быстрорежущих сталей и сталей нормальной теплостойкости (Р18, Р6М5, Р12).

Для обработки конструкционных сталей и чугунов с твердостью до 220…230НВ наиболее рационально применение сталей нормальной теплостойкости (Р6М5).

В обоих случаях повышение скорости резания достигается при использовании кобальтовых быстрорежущих сталей, износостойкости – при использовании высокоуглеродистых или высокованадиевых сталей, а также инструмента с износостойким покрытием нитрида титана (метод КИБ).

Для обработки улучшенных конструкционных сталей с твердостью 260–320 НВ наиболее рационально применение сталей с повышенным содержанием углерода (10Р6М5) или высокованадиевых (Р12Ф3, Р6М5Ф3), а также инструмента с износостойким покрытием.

При обработке труднообрабатываемых материалов в зоне резания возникают высокие температуры, поэтому их следует обрабатывать кобальтовыми быстрорежущими сталями.

Обрабатываемость нержавеющих и жаропрочных сталей и сплавов характеризуется их малым разупрочнением при нагреве, плохим отводом тепла из–за пониженной теплопроводности, повышенной истирающей способностью. Обработку этих материалов рекомендуется осуществлять кобальтовыми быстрорежущими сталями, обладающими высокой износостойкостью – стали Р9М4К8, Р12Ф4К5 или инструментом с покрытием TiN.

Титановые сплавы целесообразно обрабатывать безуглеродистыми быстрорежущими сталями (В11М7К23). При обработке этих сплавов углеродсодержащими быстрорежущими сталями происходит диффузия углерода в обрабатываемый материал, его упрочнение за счет образования карбида и, напротив, разупрочнение быстрорежущей стали.

Для обработки высокопрочных сталей (s_в>2000МПа) следует использовать кобальтовую сталь, обладающую наибольшей прочностью среди сталей этой группы – Р6М5К5.

Для обработки материалов с высокой твердостью (свыше 40HRC) следует использовать быстрорежущие стали, обладающие максимальной твердостью – Р9М4К8, В11М7К23.

Наряду с обрабатываемым материалом, выбор быстрорежущих сталей определяется конструкцией инструмента и технологией его изготовления.

Для структуры инструментов большого сечения характерна большая карбидная неоднородность и наличие крупных карбидов (диаметр проката 60мм и более). Такие инструменты следует изготавливать не из вольфрамовых, а из вольфрамомолибденовых сталей с меньшими размерами карбидов. Целесообразно применение сталей порошкового производства (Р6М5 МП).

Для инструментов с тонкими режущими кромками (зубообрабатывающий инструмент, протяжки), а также подвергаемых значительному шлифованию в процессе изготовления, необходимо выбирать быстрорежущие стали с хорошей шлифуемостью (табл.2).

Шлифуемость характеризуется коэффициентом относительной шлифуемости «К».

,

где q –удельная производительность шлифования, равная отношению объемов сошливованного металла и изношенного абразива в условиях наиболее производительного шлифования. но без появления шлифовочных трещин и прижогов. За единицу принята шлифуемость стали Р18.

Таблица 2.

Шлифуемость быстрорежущих сталей [8].

Марка сталей	К
Р18	1,0
Р6М5, Р6М5К5, Р12	0,8
Р9М4К8	0,6
Р6М5Ф3, Р9, Р9К5, Р9К10	0,4

Для инструментов, изготавли­ваемых горячей деформацией (метод продольно–винтового проката – сверла), необходимо использовать стали с хорошей горячей пластичностью (табл.3).

Таблица 3.

Пластичность быстрорежущих сталей [8].

Марка стали	Технологическая пластичность (g) при температуре, °C
	900°	1000°	1100°
Р6М5	9,5	9,4	7,4
Р6М5К5	5,5	7,1	6,5
Р6М5Ф3	5,7	6,8	6,3
Р9	8,9	8,6	6,3
Р9К5	6,1	7,5	6,1
Р9М4К8	4.9	7,8	7,1
Р12	8,8	9,1	7,2
Р18	4,0	5,1	5,6

Примечание. g – относительный сдвиг при кручении: , где D – диаметр образца, n – число оборотов подвижной части образца до разрушения, l– длина рабочей части образца.