Транскрипт

2 Ю. М. ЗУБАРЕВ СОВРЕМЕННЫЕ ИНСТРУМЕНТАЛЬНЫЕ МАТЕРИАЛЫ ДОПУЩЕНО Учебно-методическим объединением вузов по образованию в области автоматизированного машиностроения (УМО АМ) в качестве учебника для студентов высших учебных заведений, обучающихся по специальности направления подготовки «Конструкторско-технологическое обеспечение машиностроительных производств» САНКТ-ПЕТЕРБУРГ МОСКВА КРАСНОДАР 2008

3 ББК 34 З 91 Зубарев Ю. М. З 91 Современные инструментальные материалы: Учебник. СПб.: Издательство «Лань», с.: ил. (Учебники для вузов. Специальная литература). ISBN В книге рассмотрены составы и свойства современных отечественных и зарубежных инструментальных материалов, дана их классификация, изложены свойства и технологические рекомендации по их эффективному выбору и применению. Приведены методы упрочнения и повышения износостойкости лезвийного режущего инструмента. Книга будет полезна для студентов старших курсов машиностроительных специальностей, преподавателей и аспирантов. Также она рассчитана на инженерно-технических и научных работников машиностроительных предприятий, проектных институтов и НИИ, технологов, связанных с проектированием, изготовлением и использованием режущего инструмента. ББК 34 Рецензент: В. В. МАКСАРОВ зав. кафедрой Технологии автоматизированного машиностроения СЗТУ, профессор, доктор технических наук Обложка А. Ю. ЛАПШИН Охраняется законом РФ об авторском праве. Воспроизведение всей книги или любой ее части запрещается без письменного разрешения издателя. Любые попытки нарушения закона будут преследоваться в судебном порядке. Издательство «Лань», 2008 Ю. М. Зубарев, 2008 Издательство «Лань», художественное оформление, 2008

4 ВВЕДЕНИЕ Общий прогресс в машиностроении и металлообработке тесно связан с развитием конструкции режущего инструмента и совершенствованием инструментального материала. Инструментальными режущими называются материалы, из которых изготавливается рабочая часть режущих инструментов. Свойства инструментального режущего материала существенно сказываются на процессе стружкообразования и оказывают решающее влияние на режущие свойства инструмента и достижимый уровень скоростей резания. Эффективное резание одного материала другим возможно при удовлетворении следующих требований: Инструментальный материал должен обладать прочностью, достаточной для того, чтобы режущий инструмент противостоял без хрупкого разрушения (скола) нагрузкам, возникающим и действующим на него при резании данного обрабатываемого материала. Обладая достаточной способностью противостоять хрупкому разрушению, инструментальный материал должен в то же время обеспечивать достаточную формоустойчивость режущей части инструмента, т. е. способность не менять под действием возникающих при резании нагрузок сколько-нибудь существенно форму, приданную ей заточкой. Последнее предполагает наличие у инструментального материала достаточной вязкой прочности. При достаточной хрупкой и вязкой прочности инструментальный режущий материал должен обладать также возможно более высокой износоустойчивостью, т. е. способностью противостоять ВВЕДЕНИЕ 3

5 удалению с рабочей поверхности инструмента мелких частиц отходящей стружкой и обработанной поверхностью детали. Инструментальный материал удовлетворяет указанным требованиям, если ему присущи: высокая твердость, значительно превышающая твердость обрабатываемого материала, способность длительно сохранять твердость при нагреве, т. е. теплостойкость, и достаточная прочность на сжатие, изгиб и срез. Важной является также способность не разрушаться под действием так называемых тепловых ударов, т. е. многократно повторяющихся резких изменений температуры. Одновременно необходимо учитывать технологические свойства материала, т. е. те свойства, которые оказывают влияние на его способность подвергаться обработке на различных операциях технологического процесса изготовления режущих инструментов. Повышение качества и совершенствование инструментального материала являются важнейшими факторами повышения эффективности машиностроительного производства, т. к. именно режущий инструмент определяет достижимый уровень режимов резания и степень использования оборудования. Точность и качество режущего инструмента оказывают прямое влияние на точность и эксплуатационные характеристики работы деталей узлов машин, а также на общий ресурс работы агрегата или машины. Для инструментальных материалов понятие производительности процесса обработки следует дифференцировать. При оптимизации свойств инструментальных материалов следует принимать во внимание не только режущую способность инструмента, но и рассматривать в комплексе ряд критериев, оказывающих влияние на производственный процесс. В качестве основных свойств инструментальных материалов указываются следующие: низкая интенсивность износа, высокая стойкость при одновременном обеспечении качества, стабильность износа (низкая вариация стойкости). Использование заготовок с минимальными припусками и необходимость обработки закаленных материалов выдвигает новые задачи, связанные с обеспечением требуемой точности размеров и геометрической формы изделий, а также повышением качества их поверхности. Для выполнения подобных операций инструментальные материалы должны обеспечивать высокую прочность режущей кромки и основы, износостойкость и низкую вариацию стойкости. Если этими свойствами обладает один инструментальный материал, то его можно считать идеальным и универсальным в при- 4 СОВРЕМЕННЫЕ ИНСТРУМЕНТАЛЬНЫЕ МАТЕРИАЛЫ

6 менении. Однако из-за фундаментального противоречия между твердостью и прочностью такой материал не может быть создан. В связи с этим основное направление работ в инструментальной промышленности должно быть сконцентрировано на создании и оптимизации технологии производства таких материалов, которые бы в наибольшей степени отвечали конкретным задачам современного производства. Перед инструментальным производством стоит ответственная задача обеспечение всего машиностроительного комплекса высококачественным, высокопроизводительным и при этом износостойким инструментом. Качество и эффективность использования металлорежущего инструмента зависят от следующих основных факторов: а) выбора оптимальных конструкций и геометрических параметров его режущей части; б) правильного выбора материала режущей части инструмента; в) рациональной технологии его изготовления и особенности технологии финишных (заточных) операций; г) применения различных методов упрочнений и покрытий, повышающих работоспособность режущей части инструмента; д) назначения рациональных режимов его эксплуатации; е) контроля состояния режущей части инструмента в процессе его эксплуатации. Разработка технологических процессов производства металлорежущего инструмента базируется на общих принципах и закономерностях технологии машиностроения. Наряду с этим в технологии производства металлорежущих инструментов имеются специфические особенности, связанные с применением дорогостоящих и дефицитных инструментальных материалов. Режущие инструменты работают в условиях воздействия сложного комплекса факторов, например, высоких контактных напряжений и температур, а также в условиях активного протекания физико-химических процессов. Контактные напряжения, действующие на переднюю и заднюю поверхности инструмента при обработке различных материалов, могут колебаться от 700 до 4000 МПа. Одновременно в зоне резания и на границах контакта инструмент обрабатываемый материал возникают температуры, значения которых изменяются от 200 до 1400 С. При этом контактные площадки инструмента интенсивно изнашиваются в условиях абразивного, адгезионно-усталостных, коррозионно-окислительных и диффузионных процессов. В этих условиях инструментальный ВВЕДЕНИЕ 5

7 материал должен также одновременно обладать достаточным запасом прочности при сжатии и изгибе, приложении ударных импульсов и знакопеременных напряжений. Перечисленные свойства инструментальных материалов часто являются взаимоисключающими. Поэтому создание инструментального материала, обладающего идеальным комплексом указанных свойств в объеме однородного тела, в настоящее время пока не представляется возможным. По мере накопления теоретических знаний и практического опыта обработки материалов резанием человечеством создавались новые инструментальные материалы, совершенствовалась их термическая и физико-химическая обработка, что позволяло постоянно повышать производительность процесса изготовления деталей машин. История развития металлообработки показывает, какое резкое повышение производительности труда было достигнуто при переходе от инструментальной углеродистой и легированной инструментальной к быстрорежущей стали или от быстрорежущей стали к твердым сплавам. Например, повышение скорости резания при переходе от инструментальной легированной к быстрорежущей стали и далее к твердым сплавам соответственно характеризуется соотношениями 1 (1,6...1,8) (4,9...5,6), при этом скорость резания для инструмента из инструментальной легированной стали принимают за единицу. Следовательно, в результате замены материала инструмента повышается производительность труда. В настоящее время широко применяются кобальтовые и ванадиевые быстрорежущие стали марок Р9Ф5, Р18Ф2, Р9К5, Р9К10, Р10К5Ф5 и другие при обработке труднообрабатываемых материалов. За рубежом широкое развитие получили быстрорежущие стали, легированные молибденом или одновременно вольфрамом и молибденом. Полная или частичная замена вольфрама молибденом заметно изменяет технологические свойства быстрорежущей стали (меньшая карбидная неоднородность, хорошие шлифуемость и пластичность, меньшая склонность к выкрашиваниям режущей кромки инструмента). За последнее время ряд лабораторий в нашей стране и за рубежом проводили работу по совершенствованию существующих и изысканию новых материалов для изготовления инструментов. Исследования проводились во всех основных группах современных инструментальных материалов (рис. 1): 1) в области быстрорежущих и других инструментальных сталей; 2) в области спекаемых твердых сплавов; 6 СОВРЕМЕННЫЕ ИНСТРУМЕНТАЛЬНЫЕ МАТЕРИАЛЫ

8 Рис. 1 Развитие инструментальных материалов Рис. 2 Соотношение изменения скорости резания и производительности процесса при обработке сталей и сплавов Рис. 3 Классификация существующих инструментальных материалов 3) в области дисперсионно-твердеющих сплавов на базе Cr и Co; 4) в области минералокерамики; 5) в области сверхтвердых материалов (СТМ). Применение новых инструментальных материалов дало возможность повысить скорость обработки. Так, например, за последние сто лет скорость резания увеличилась примерно в 10 раз, при этом время обработки уменьшилось в 50 раз (рис. 2). ВВЕДЕНИЕ 7

9 Однако большинство известных на сегодняшний день инструментальных материалов обладает только частичным набором указанных выше свойств, что делает область их рационального применения весьма ограниченной. На рис. 3 представлена классификация существующих инструментальных материалов по их прочности и твердости. Механические, физические и режущие свойства инструментальных материалов (средние значения) твердость, HRA Механические свойства предел прочности в Н/мм 2 изгиб Ударная вязкость в Нм/см 2 Физические свойства Марка материала сжатие теплопроводность в м град плотность в кг/м Таблица 1 Режущие свойства теплостойкость в С относительная величина скорости резания сталь чугун Инструментальная углеродистая сталь У12А,5 0,5 Инструментальная легированная сталь 9ХС ХВГ,8 7,6 0,6 Быстрорежущая сталь Р,0 1,0 Вольфрамовые твердые сплавы ВК8 ВК6 87,5 88,88 5,88 58,6 14,9 3,4 Титано- вольфрамовые твердые сплавы Т5К5 Т14К8 Т15К6 Т30К4 88,5 89,94 2,45 33,5 29,3 29,7 11,7 11,3 9,0 3,5 4,5 5,5 ЦМ Минералокерамика,784 16,7 3,8 5,8 КНБ Эльбор Гексанит н/д н/д н/д н/д н/д н/д н/д 3,5 3, Синтетический алмаз АС н/д н/д 3, СОВРЕМЕННЫЕ ИНСТРУМЕНТАЛЬНЫЕ МАТЕРИАЛЫ

10 Основные свойства отечественных инструментальных материалов приведены в табл. 1. В инструментальном производстве применяют следующие основные материалы: 1. Инструментальные стали: а) быстрорежущие (ГОСТ); б) легированные (ГОСТ); в) углеродистые (ГОСТ); г) дисперсионно-твердеющие сплавы. 2. Твердые спеченные сплавы (ГОСТ). 3. Минералокерамика (керметы). 4. Алмазы (природные и искусственные). 5. Сверхтвердые синтетические материалы (СТМ) композиты. На выбор материала влияют тип инструмента, его назначение, размеры и условия работы, а также технология изготовления инструмента. ВВЕДЕНИЕ 9

11 ГЛАВА 1 ИНСТРУМЕНТАЛЬНЫЕ СТАЛИ К инструментальным сталям предъявляют требования по следующим основным характеристикам: 1. Режущая способность. 2. Красностойкость (теплостойкость) Износостойкость в холодном состоянии. 4. Механические свойства. 5. Обрабатываемость в холодном и горячем состоянии. Стали, из которых изготавливают режущие инструменты, должны иметь: 1) высокую прочность, так как в процессе резания инструменты испытывают большие усилия; 2) высокую твердость, так как процесс резания можно осуществить только в том случае, если твердость материала инструмента значительно больше твердости обрабатываемого материала; 3) высокую износостойкость, так как стойкость инструмента зависит от степени истирания режущих кромок; 4) высокую теплостойкость, так как в процессе резания выделяется большое количество тепла, часть которого идет на нагрев режущих поверхностей инструмента, а последние, нагреваясь, теряют первоначальную твердость и быстро выходят из строя. Кроме того, циклическое воздействие температур при прерывистом 1 Количественно теплостойкость характеризуется той наибольшей температурой, при нагреве до которой и достаточно длительной выдержки материал не теряет необратимо свою твердость, т. е. восстанавливает ее до первоначального значения после охлаждения. 10 СОВРЕМЕННЫЕ ИНСТРУМЕНТАЛЬНЫЕ МАТЕРИАЛЫ

12 резании приводит к зарождению усталостных трещин в режущем клине инструмента и в конечном итоге к его разрушению (скалыванию). Инструментальные материалы неодинаково устойчивы против действия тепла: одни теряют свои режущие свойства при нагреве до температуры С, а другие способны резать при температуре до 1000 С и более. Стали для измерительных инструментов должны обладать высокой износостойкостью, необходимой для сохранения инструментами размеров и формы в процессе эксплуатации, а также хорошей обрабатываемостью для получения высокого качества поверхности. Требуемая износостойкость обеспечивается закалкой и отпуском сталей определенных марок, после чего они приобретают высокую твердость и сохраняют мартенситную структуру. При изготовлении штампов для холодного деформирования к сталям предъявляют два основных требования: 1. Высокая прочность. 2. Высокая износостойкость. По сравнению с режущими инструментами твердость деталей штампов, в зависимости от условий эксплуатации, выбирают в более широких пределах (HRC). Стали, из которых выполняют штамп для горячего деформирования, должны иметь: 1) высокую прочность, необходимую для сохранения формы штампа при высоких удельных давлениях и деформировании; 2) определенную теплостойкость для сохранения повышенных прочностных свойств при нагреве; 3) вязкость для предупреждения поломок и выкрашивания и получения высокой разгаростойкости; 4) разгаростойкость для предупреждения трещин, возникающих при многократном чередовании нагрева и охлаждения; 5) износостойкость; 6) окалиностойкость (если поверхностный слой деталей штампа нагревается выше температуры 600 С); 7) теплопроводность для лучшего отвода тепла, передаваемого от заготовки; 8) прокаливаемость должна быть получена по всему сечению, так как многие детали штампов имеют большие размеры и высокие прочностные свойства. ГЛАВА 1. ИНСТРУМЕНТАЛЬНЫЕ СТАЛИ 11

13 1.1. УГЛЕРОДИСТЫЕ СТАЛИ При зарождении машиностроения для изготовления режущих инструментов применялись простые углеродистые инструментальные стали с содержанием углерода от 0,65 до 1,35%. Для того чтобы углеродистая инструментальная сталь приобрела режущие свойства, она подвергается закалке с температурой С (температура закалки особо устанавливается для каждой марки стали) и отпуску при температуре С. Последний применяется для устранения хрупкости. В закаленном состоянии углеродистые инструментальные стали имеют структуру мартенсита (доэвтектоидная и эвтектоидная сталь) и мартенсита с избыточными карбидами (заэвтектоидная сталь) с небольшим количеством остаточного аустенита. Характер распределения карбидов существенно влияет на свойства стали: инструмент получается тем лучше, чем более равномерно распределены карбиды в структуре, или, как говорят, чем ниже карбидная неоднородность стали. Значительное местное скопление карбидов в структуре стали делает невозможным изготовление из нее качественных инструментов, так как при этом режущая поверхность из-за повышенной хрупкости получается неровной и малопрочной. Карбидную неоднородность можно устранить или уменьшить путем проковки инструментальной стали перед изготовлением из нее режущего инструмента. После термической обработки углеродистые инструментальные стали обладают вполне достаточной твердостью (HRC), но теплостойкость их низка: они уже при сравнительно невысоких температурах (С) необратимо теряют свою твердость. Кроме низкой теплостойкости, существенным недостатком углеродистых инструментальных сталей являются невысокая и неравномерная по сечению прокаливаемость, повышенная чувствительность к перегреву и относительно большое поверхностное обезуглероживание. Углеродистые стали подразделяются на качественные и высококачественные. Каждая из этих групп имеет восемь марок стали. Химический состав инструментальных углеродистых сталей приведен в табл. 2. Углеродистая качественная сталь У7, У8, У8Г, У9, У10, У11, У12, У13. Углеродистая высококачественная сталь У7А, У8А, У8ГА, У9А, У10А, У11А, У12А, У13А. 12 СОВРЕМЕННЫЕ ИНСТРУМЕНТАЛЬНЫЕ МАТЕРИАЛЫ

14 Химический состав углеродистых сталей для режущих инструментов по ГОСТ (%) Марка стали Углерод Марганец Кремний Хром Углеродистая высококачественная сталь У7А 0,65 0,74 0,15 0,30 0,15 0,30 0,15 У8А 0,75 0,84 0,15 0,30 0,15 0,30 0,15 У8ГА 0,80 0,90 0,35 0,60 0,15 0,30 0,15 У9А 0,85 0,94 0,15 0,30 0,15 0,30 0,15 У10А 0,95 1,04 0,15 0,30 0,15 0,30 0,15 У11А 1,05 1,14 0,15 0,30 0,15 0,30 0,15 У12А 1,15 1,24 0,15 0,30 0,15 0,30 0,15 У13А 1,25 1,35 0,15 0,30 0,15 0,30 0,15 Углеродистая качественная сталь У7 0,65 0,74 0,20 0,40 0,15 0,35 0,20 У8 0,75 0,84 0,20 0,40 0,15 0,35 0,20 У8Г 0,80 0,90 0,35 0,60 0,15 0,35 0,20 У9 0,85 0,94 0,15 0,35 0,15 0,35 0,20 У10 0,95 1,04 0,15 0,35 0,15 0,35 0,20 У11 1,05 1,14 0,15 0,35 0,15 0,35 0,20 У12 1,15 1,24 0,15 0,35 0,15 0,35 0,20 У13 1,25 1,35 0,15 0,35 0,15 0,35 0,20 Таблица 2 Буквы и цифры в обозначении марок стали: У углеродистая, следующие за ней цифры среднее содержание углерода (в десятых долях процента). Кроме того, стали содержат марганец от 0,15 до 0,6%, кремний от 0,15 до 0,35%, хром от 0,15 до 0,20%. Буква Г сталь с повышенным содержанием марганца. Высококачественные стали более чистые, чем качественные, т. е. с меньшим содержанием серы, фосфора и остальных примесей, а также неметаллических включений. Увеличение в стали содержания углерода повышает ее твердость, но одновременно увеличивает и хрупкость. Углеродистые стали обладают высокой твердостью после термической обработки и низкой твердостью в отожженном состоянии, что обеспечивает их хорошую обрабатываемость резанием и давлением (см. табл. 3). ГЛАВА 1. ИНСТРУМЕНТАЛЬНЫЕ СТАЛИ 13

15 Марка стали Таблица 3 Нормы твердости углеродистой инструментальной стали твердость НВ (не более) После отжига диаметр отпечатка при Dmax = 10 мм и Р = 3000 кгс После закалки в воде температура закалки в C твердость HRC (не менее) У7 и У7А 187 4, У8 и У8А 187 4, У8Г и У8ГА 187 4, У9 и У9А 192 4, У10 и У10А 197 4, У11 и У11А 207 4, У12 и У12А 207 4, У13 и У13А 217 4, Стали марок У7, У7А, У8, У8ГА, У9, У9А служат для изготовления зубил, ножниц и пил для резки металлов и дерева, резцов для обработки меди и ее сплавов. Стали марок У8А и У10А применяются для производства пуансонов, матриц, ножниц и других деталей штампов. Из стали марок У10А, У11, У11А, У12 и У12А выполняют сверла малого диаметра, метчики, развертки, плашки, фрезы малого диаметра, пилы по металлу, ножовочные полотна, зубила для насечки напильников. Из стали марок У13 и У13А изготавливают инструменты особо высокой твердости: резцы, зубила для насечки напильников, шаберы, напильники и т. п. Углеродистые стали поставляются в отожженном состоянии в виде горячекатаных, кованых или калиброванных прутков различного сечения или в виде полос ЛЕГИРОВАННЫЕ СТАЛИ Технологические свойства инструментальных сталей (а наряду с этим в равной мере и другие ее качества, в том числе: теплостойкость, твердость и вязкость) повышаются при добавлении в их состав одного или нескольких из следующих элементов: хрома, марганца, вольфрама, кремния и ванадия. Хром обеспечивает меньшую карбидную неоднородность, лучшую закаливаемость и глубокую прокаливаемость стали; 14 СОВРЕМЕННЫЕ ИНСТРУМЕНТАЛЬНЫЕ МАТЕРИАЛЫ

16 вольфрам также способствует более равномерному распределению карбидов, хотя и в меньшей степени, чем хром, и улучшению закаливаемости и прокаливаемости стали; положительное влияние марганца заключается в том, что он сильно понижает температуру закалки и увеличивает прокаливаемость; кремний является легирующим элементом, задерживающим вторую стадию распада мартенсита и повышающим теплостойкость стали; ванадий образует наиболее твердые и износоустойчивые карбиды, а также способствует получению мелкозернистой структуры. Инструментальные стали при наличии в их составе одного или нескольких из перечисленных элементов получили название легированных инструментальных сталей. Последние употребляются для изготовления режущих инструментов большого сечения, а также более сложных по форме; в частности, из них изготавливаются сверла, развертки, фрезы, протяжки, метчики и круглые плашки, предназначенные для обработки нетвердых материалов (цветных металлов, малопрочных сталей и чугуна). Химический состав наиболее распространенных легированных инструментальных сталей приводится в табл. 4 (с). При изготовлении режущих инструментов из легированных инструментальных сталей они подвергаются ступенчатой закалке с температурой С (в зависимости от марки стали) и отпуску при температурах С. Еще в 1960-х гг. прошлого столетия было установлено, что максимальное количество вольфрама и марганца, которое может быть введено в инструментальную сталь, если ее закалить с температурой С, соответственно составляет: 5...8% и 1,5 2,5%. Будучи добавлены в таком количестве, эти металлы придают стали значительную теплостойкость при нагреве до С и способность производить закалку при охлаждении не в специальных охлаждающих средах, а на воздухе. В связи с этим последним свойством такая сталь получила название самозакаливающейся. В зависимости от назначения и свойств инструментальные легированные стали подразделяют на две группы: 1. Стали для производства режущего и мерительного инструмента. 2. Стали для штампового инструмента. Стали 1-й группы делятся на стали: неглубокой прокаливаемости (7ХФ, 11Х, ХВ5, В1, Ф); глубокой прокаливаемости (Х, 9ХС, ХВГ, 9ХВГ, 9Х5ВФ). ГЛАВА 1. ИНСТРУМЕНТАЛЬНЫЕ СТАЛИ 15

17 Химический состав инструментальной Марка стали Углерод Марганец Кремний I. Стали для режущего а) неглубокой 7ХФ 0,63 0,73 0,30 0,60 0,15 0,35 8ХФ 0,70 0,80 0,15 0,40 0,15 0,35 9ХФ 0,80 0,90 0,30 0,60 0,15 0,35 11Х 1,05 1,14 0,40 0,70 0,15 0,35 13Х 1,25 1,40 0,30 0,60 0,15 0,35 ХВ5 1,25 1,45 0,15 0,40 0,15 0,35 В1 1,05 1,20 0,15 0,40 0,20 0,35 Ф 0,95 1,05 0,15 0,40 0,15 0,35 б) глубокой Х 0,95 1,10 0,15 0,40 0,15 0,35 9ХС 0,85 0,95 0,30 0,60 1,20 1,60 ХВГ 0,90 1,05 0,80 1,10 0,15 0,35 9ХВГ 0,85 0,95 0,90 1,20 0,15 0,35 ХВСГ 0,95 1,05 0,60 0,90 0,65 1,00 9Х5Ф 0,85 1,00 0,15 0,40 0,15 0,40 9Х5ВФ 0,85 1,00 0,15 0,40 0,15 0,40 8Х4В4Ф1 (РЧ) 0,75 0,85 0,15 0,40 0,15 0,40 II. Стали для а) для деформирования 9Х 0,80 0,95 0,15 0,40 0,25 0,45 Х6ВФ 1,05 1,15 0,15 0,40 0,15 0,35 Х12 2,00 2,20 0,15 0,40 0,15 0,35 Х12М 1,45 1,65 0,15 0,40 0,15 0,35 Х12Ф1 1,20 1,45 0,15 0,40 0,15 0,35 б) для деформирования 3Х2В8Ф 0,30 0,40 0,15 0,40 0,15 0,40 4Х8В2 0,35 0,45 0,15 0,40 0,15 0,35 7Х3 0,60 0,75 0,15 0,40 0,15 0,35 8Х3 0,75 0,85 0,15 0,40 0,15 0,35 5ХНМ 0,50 0,60 0,50 0,80 0,15 0,35 16 СОВРЕМЕННЫЕ ИНСТРУМЕНТАЛЬНЫЕ МАТЕРИАЛЫ

18 легированной стали (%) Таблица 4 Хром Вольфрам Ванадий Молибден Никель и измерительного инструмента прокаливаемости 0,40 0,70 0,15 0,30 0,40 0,70 0,15 0,30 0,40 0,70 0,15 0,30 0,40 0,70 0,40 0,70 0,40 0,70 4,0 5,0 0,15 0,30 0,40 0,70 0,80 1,20 0,15 0,30 0,20 0,35 0,20 0,40 прокаливаемости 1,30 1,65 0,95 1,25 0,90 0,80 1,20 1,60 0,50 0,80 0,50 0,80 0,60 1,10 0,70 1,00 0,05 0,15 4,50 5,50 0,15 0,30 4,50 5,50 0,80 1,20 0,15 0,30 4,00 5,00 4,00 5,00 0,90 1,40 штампового инструмента в холодном состоянии 1,40 1,70 5,50 7,00 1,10 1,50 0,40 0,70 11,50 13,00 11,00 12,50 0,15 0,30 0,4 0,6 11,00 12,50 0,70 0,90 в горячем состоянии 2,20 2,70 7,50 9,00 0,20 0,50 7,00 9,00 2,00 3,00 3,20 3,80 3,20 3,80 0,50 0,80 0,15 0,30 1,40 1,80 ГЛАВА 1. ИНСТРУМЕНТАЛЬНЫЕ СТАЛИ 17

19 Марка стали Углерод Марганец Кремний 5ХНВ 0,50 0,60 0,50 0,80 0,15 0,35 5ХНСВ 0,50 0,60 0,30 0,60 0,60 0,90 5ХГМ 0,50 0,60 1,20 1,60 0,25 0,65 4Х5ВЧФСМ 0,35 0,45 0,15 0,40 0,60 1,00 4Х3В2Ф2М2 0,35 0,45 0,30 0,50 0,15 0,35 4Х2В5ФМ 0,30 0,40 0,15 0,40 0,15 0,35 4Х5В2ФС 0,35 0,45 0,15 0,40 0,80 1,20 в) для ударного 4ХС 0,35 0,45 0,15 0,40 1,20 1,60 6ХС 0,60 0,70 0,15 0,40 0,60 1,00 4ХВ2С 0,35 0,44 0,15 0,40 0,60 0,90 5ХВ2С 0,45 0,54 0,15 0,40 0,50 0,80 6ХВ2С 0,55 0,65 0,15 0,40 0,50 0,80 6ХВГ 0,55 0,70 0,90 1,20 0,15 0,35 Стали 2-й группы делятся на стали: для деформирования в холодном состоянии (9Х, Х6ВФ, Х12, Х12М, Х12М1); для деформирования в горячем состоянии (3Х2В8Ф, 7Х3, 5ХНМ, 5ХНСВ, 5ХГМ); для ударного инструмента (4ХС, 4ХВ2С, 6ХВ2С, 6ХВГ). В обозначениях марок сталей первые цифры указывают среднее содержание углерода в десятых долях процента. Они могут и не указываться, если содержание углерода близко к единице или больше единицы. Буквы за цифрами обозначают: Г марганец; С кремний; Х хром; В вольфрам; Ф ванадий; Н никель; М молибден. Цифры, стоящие после букв, указывают среднее содержание соответствующего элемента в целых процента. Отсутствие цифр означает, что содержание этого легирующего элемента равно примерно 1%. Содержание серы и фосфора в стали не должно превышать 0,030% (каждого элемента). Легированные стали по сравнению с углеродистыми обладают повышенной вязкостью в закаленном состоянии, меньшей склонностью к деформациям и трещинам при закалке. Режущие свойства легированных сталей примерно такие же, как и углеро- 18 СОВРЕМЕННЫЕ ИНСТРУМЕНТАЛЬНЫЕ МАТЕРИАЛЫ

20 Продолжение табл. 4 Хром Вольфрам Ванадий Молибден Никель 0,50 0,80 0,40 0,70 1,40 1,80 1,30 1,60 0,40 0,70 0,80 1,20 0,60 0,90 0,15 0,30 4,00 5,00 3,50 4,20 0,30 0,60 0,40 0,60 3,00 3,70 2,00 2,70 1,50 2,00 2,00 2,50 2,00 3,00 4,50 5,50 0,60 1,00 0,60 1,00 4,50 5,50 1,60 2,40 0,60 1,00 инструмента 1,30 1,60 1,00 1,30 1,00 1,30 2,00 2,50 1,00 1,30 2,00 2,50 1,00 1,30 2,20 2,70 0,50 0,80 0,50 0,80 дистых инструментальных. Они имеют низкую теплостойкость (С). Легированные инструментальные стали находят широкое применение при изготовлении инструментов и технологической оснастки (приспособлений). Из легированных сталей производят круглые и ленточные пилы, ножи для холодной резки металлов, пуансоны, керны, резцы и фрезы для обработки с небольшими скоростями резания твердых материалов, спиральные сверла, метчики, плашки, развертки, гребенки, протяжки. Твердость легированной стали в состоянии поставки (после отжига) и твердость после закалки должны соответствовать нормам, указанным в табл. 5. Из сталей марок 7ХФ, 8ХФ и 9ХФ изготовляют круглые ленточные пилы, ножи для холодной резки металлов, зубила, пуансоны, керны и другие инструменты, работающие с ударными нагрузками. Из сталей марок ХВ5, 9ХС, ХВГ, В1 и ХВСГ изготовляют резцы и фрезы для обработки с небольшой скоростью резания твердых материалов, спиральные сверла, метчики, развертки, плашки, гребенки, протяжки. Особенно большое распространение получили стали марок ХВГ и 9ХС. Сталь ХВГ прокаливается и мало деформируется, но вместе с тем она чувствительна к образованию ГЛАВА 1. ИНСТРУМЕНТАЛЬНЫЕ СТАЛИ 19

21 Марка стали Таблица 5 Нормы твердости легированной инструментальной стали Сталь после отжига твердость НВ диаметр отпечатка при Dшар = 10 мм и Р = 3000 кгс 7ХФ Не более 229 Не менее 4,0 8ХФ Не более 255 Не менее 3,8 9ХФ Не более 255 Не менее 3,8 Сталь после закалки температура (С) и среда закалки, масло, вода, масло, вода, масло, вода твердость HRC (не менее) 11Х,1 4, масло 62 13Х,9 4, вода 62 ХВ,6 4, вода 62 В,0 4, вода 62 Ф,1 4, вода 62 Х,0 4, масло 62 9ХС,9 4, масло 62 ХВГ,8 4, масло 62 9ХВГ,9 4, масло 62 ХВСГ,9 4, масло 62 9Х5Ф,9 4, масло 59 9Х5ВФ,9 4, масло 59 8Х4В4Ф1(РЧ) ,8 4,2 1150, масло 60 9Х,1 4, масло 62 Х6ВФ,9 4,3 1000, масло 61 Х12, Х12М,8 4, масло 58 Х12Ф,8 4, масло 58 3Х2В8Ф,8 4, масло 46 4Х8В,8 4, масло 45 7Х,0 4, масло 54 8Х,8 4, масло 55 5ХНМ,9 4, масло 47 5ХНВ,8 4, масло 56 5ХНСВ,8 4, масло 56 5ХГМ,9 4, масло СОВРЕМЕННЫЕ ИНСТРУМЕНТАЛЬНЫЕ МАТЕРИАЛЫ

22 Марка стали Сталь после отжига твердость НВ диаметр отпечатка при Dшар = 10 мм и Р = 3000 кгс 4Х5В2ФС,0 4,5 Продолжение табл. 5 Сталь после закалки температура (С) и среда закалки, масло или воздух твердость HRC (не менее) 4Х5В4ФСМ Не более 255 Не менее 3, масло 50 4Х2В5ФМ,0 4, масло 50 4Х3В2Ф2М,7 4, масло 50 4ХС,2 4, масло 47 6ХС,0 4, масло 56 5ХВ2С,8 4, масло 55 6ХВГ,1 4, масло 57 4ХВ2С,1 4, масло 53 6ХВ2С,6 4, масло карбидной сетки. По этой причине нередко возникают трещины и выкрашивание режущей кромки инструмента. Данная сталь требует строгого структурного контроля в состоянии поставки каждой партии заготовок и после закалки каждой партии инструмента. Кроме того, инструменты из стали ХВГ, работающие с повышенными удельными давлениями (сверла, протяжки, ножи), быстро теряют форму рабочей кромки (тупятся). Сталь ХВГ не может обеспечить высокой стойкости сложных фасонных инструментов. Сталь 9ХС наряду с хорошей прокаливаемостью отличается большой устойчивостью при нагреве. Она сохраняет высокую твердость и износоустойчивость при нагреве до 250 С. Благодаря равномерному распределению карбидов сталь 9ХС применяют при изготовлении инструментов с тонкой режущей кромкой. Однако сталь 9ХС трудно обрабатывается из-за высокой твердости в отожженном состоянии (НВ). Кроме того, она обладает повышенной чувствительностью к обезуглероживанию, в том числе и при нагреве в расплаве солей, что требует тщательного раскисления расплава. Из стали марки 9ХВГ изготовляют концевые режущие инструменты, резьбовые калибры, лекала сложной формы, сложные и точные штампы для холодного деформирования, которые при ГЛАВА 1. ИНСТРУМЕНТАЛЬНЫЕ СТАЛИ 21

23 термической обработке не должны подвергаться значительным объемным изменениям (короблению). Из стали марок Х6ВФ изготовляют резьбонакатные инструменты, ручные ножовочные полотна, матрицы, пуансоны и другие инструменты, предназначенные для холодного деформирования. Стали марок Х12М и Х12Ф1 меньше других инструментальных сталей деформируются в процессе термической обработки. Из них изготовляют штампы сложной формы и высокой износостойкости, эталонные шестерни, накатные плашки, волочильные матрицы. Из сталей марок 3Х2В8Ф и 4Х8В2 изготовляют пресс-литьевые формы для изготовления деталей из пластмасс, формы для литья под давлением деталей из алюминиевых сплавов. Из сталей марок 7Х3 и 8Х3 изготовляют матрицы для горячей высадки болтов на прессах и горизонтально-ковочных машинах со сменными рабочими вставками, формовочные и прошивные пуансоны при горячей гибке и обрезке. Из сталей марок 5ХНМ, 5ХНВ, 5ХНСВ и 5ХГМ выпускают молотовые штампы средних и больших размеров. Из сталей марок 4Х5В2ФС, 4Х5В4ФСМ, 4Х2В5ФМ и 4Х3В2Ф2М2 изготовляют инструменты для горячего деформирования нержавеющих, жаропрочных и других трудно деформируемых сплавов, а также формы для литья под давлением. Из сталей марок 4ХС, 6ХС, 4ХВ2С изготовляют пневматические зубила, обжимки, ножницы для горячей и холодной резки металлов, детали штампов для холодного деформирования. Из сталей марок 5ХВ2С и 6ХВ2С изготовляют резьбонакатные плашки, формы для литья под давлением. Из стали марки 5ХВГ изготовляют пуансоны сложной формы для холодной прошивки преимущественно фигурных отверстий в листовом материале, небольшие штампы для горячей штамповки, главным образом, когда требуется минимальное изменение размеров при термической обработке. Из сталей марок 9Х5Ф, 9Х5ВФ, 8Х4В4Ф1 и 9Х изготовляют всевозможные режущие инструменты для обработки древесины. Выбор многокомпонентных сталей с высоким содержанием легирующих элементов для деревообрабатывающего инструмента вызван напряженными условиями его эксплуатации. Применяемые в современном оборудовании большие скорости резания (м/с) и подачи (до 100 м/мин) интенсивно изнашивают инструмент. Износ увеличивается особенно вследствие сильного ра- 22 СОВРЕМЕННЫЕ ИНСТРУМЕНТАЛЬНЫЕ МАТЕРИАЛЫ

24 зогрева инструмента (выше 400) при трении о древесину. В ряде случаев это приводит к необратимым структурным изменениям в поверхностных слоях лезвия. Выбор инструментального материала с весьма высокими показателями износостойкости, вязкости, прочности и теплостойкости продиктован еще и широким применением в настоящее время древесностружечных, волокнистых, клеевых заготовок. При их обработке возникают абразивное действие, повышенные изгибающие и ударные нагрузки. Существенно снижают прочность режущей кромки и малые углы заострения. Легирование инструментальной стали несколькими элементами стало одним из основных направлений улучшения ее свойств, так как комплекс необходимых свойств нельзя обеспечить только одним легирующим элементом, хотя бы и в повышенном количестве (6...12%). В состав стали вводят элементы, эффективно повышающие закаливаемость и прокаливаемость (Cr, Mn, Si), элементы, препятствующие росту зерна при нагреве и обеспечивающие высокие механические свойства (V, W, Mo). В МГТУ «СТАНКИН» создана сложнолегированная инструментальная сталь 7ХГ2ВМ. По данным испытаний, прочность стали 7ХГ2ВМ на 50% больше, а чувствительность к нагреву в два раза меньше, чем у высокохромистых сталей с % Cr (Х6ВФ и Х12М). Ударная вязкость новой стали в два три раза выше, чем стали Х6ВФ, и в пять шесть раз выше, чем сталей Х12М и Х12Ф1; износостойкость ее ниже износостойкости высокохромистых сталей. Теплостойкость стали 7ХГ2ВМ, при которой сохраняется твердость не меньше HRC57, составляет 250 С. Чувствительность к перегреву незначительна. Вследствие охлаждения на воздухе новая сталь имеет меньшие, чем высокохромистые стали, объемные изменения. Сталь 7ХГ2ВМ прошла промышленные испытания на ряде предприятий. Из нее были изготовлены пуансоны сложной формы, матрицы вырубных штампов и другие инструменты. Деформация при закалке не превысила 0,05% (меньше, чем стали Х12М), а стойкость на 25% выше. Для стали 7ХГ2ВМ рекомендуются следующие режимы термической обработки: изотермический отжиг (нагрев до С, выдержка при этой температуре ч, охлаждение со скоростью 30 град/ч до С, выдержка при этой температуре не менее ГЛАВА 1. ИНСТРУМЕНТАЛЬНЫЕ СТАЛИ 23

25 5 ч, охлаждение со скоростью до 30 град/ч до 600 С и дальнейшее охлаждение с печью; твердость НВ, структура зернистый перлит); закалка при С (пониженная температура позволяет нагревать детали в обычных печах и ваннах, применяемых для закалки углеродистых сталей) и отпуск при С для получения твердости HRC БЫСТРОРЕЖУЩИЕ СТАЛИ Быстрорежущей сталью называется сталь, содержащая в своем составе, помимо углерода, в качестве легирующих элементов вольфрам, хром, ванадий, молибден, образующие после термической обработки устойчивые карбиды. Кроме карбидообразующих элементов в некоторые марки быстрорежущих сталей входит также кобальт. Быстрорежущие стали нашли очень широкое применение для изготовления самых различных инструментов. Это объясняется их высокой, по сравнению с другими инструментальными сталями, теплостойкостью () и высокой твердостью после термообработки (HR C), у некоторых новых марок HRC Быстрорежущие стали имеют самый высокий из всех инструментальных материалов предел прочности на изгиб (ó и = МПа) и самую высокую ударную вязкость. Благодаря этому они успешно конкурируют с твердыми сплавами и даже превосходят их в условиях резания с сильными динамическими нагрузками и с большими сечениями среза ЛЕГИРОВАНИЕ И СВОЙСТВА БЫСТРОРЕЖУЩИХ СТАЛЕЙ Быстрорежущие стали имеют в своем составе сравнительно высокое содержание углерода (0,7...1,4%) и карбидообразующих элементов: вольфрама (W), ванадия (V), молибдена (Мо), хрома (Cr). Некоторые стали легируются достаточно большим количеством кобальта (Со). Ниже рассматривается характер влияния легирующих элементов на свойства быстрорежущих сталей. Увеличение содержания углерода улучшает закаливаемость стали, т. е. обеспечивает более высокую твердость после термообработки, но несколько снижает пластичность. До недавнего времени оптимальным содержанием углерода в быстрорежущих сталях с 18% вольфрама считалось 0,7...0,8%. Исследованиями последнего времени установлено, что содержание углерода можно 24 СОВРЕМЕННЫЕ ИНСТРУМЕНТАЛЬНЫЕ МАТЕРИАЛЫ

26 повысить до 1,3...1,4% без изменения содержания других легирующих элементов. При этом твердость стали повышается с HRC до,5 HRC (в отдельных случаях до 68 HRC), а ее теплостойкость с С до 630 С. В таких сталях не наблюдается заметного ухудшения вязкости, прочности, горячей пластичности и свариваемости. Шлифуемость ухудшается незначительно. Это обеспечивает увеличение стойкости инструментов при обработке, главным образом заготовок из простых конструкционных сталей, на невысоких скоростях резания примерно на %. Увеличение содержания ванадия способствует повышению теплостойкости и твердости, получению мелкозернистой структуры, но снижает шлифуемость стали. Содержание ванадия должно быть согласовано с содержанием углерода, необходимого для образования карбидов ванадия. Экспериментально установлено, что количественное соотношение между ванадием и углеродом должно находиться в интервале 2...2,7. В современных быстрорежущих сталях с % W и повышенным содержанием углерода оптимальное содержание ванадия составляет около 3%. Сталь Р12Ф3 из всех ванадиевых сталей обладает оптимальным сочетанием свойств. При высокой твердости HRC она имеет повышенную прочность и вязкость, хорошие технологические свойства и высокую износостойкость. Инструменты, изготовленные из стали Р12Ф3, при обработке материалов с повышенной истирающей способностью на невысоких скоростях резания имеют стойкость в раза больше, чем инструменты из сталей Р18 и Р12. Вольфрам повышает твердость и теплостойкость сталей, но ухудшает технологические свойства ковкость, обрабатываемость резанием. В настоящее время выпускаются стали, содержащие 18, 12, 9, 8, 6, 2...0% вольфрама. В последнем случае вольфрам частично или полностью заменяется молибденом. Стали с 18% вольфрама незаменимы при обработке жаропрочных материалов, когда в зоне резания возникает высокая температура. Эти стали нечувствительны к перегреву при термической обработке, благодаря чему интервал закалочных температур для них достаточно широк (10 С). Термообработка таких сталей хорошо освоена. Однако в последние годы все более широкое применение находят стали, легированные молибденом. Это объясняется как дефицитом вольфрама, так и рядом ценных качеств молибденовых сталей. Молибден увеличивает прочность и ударную вязкость сталей, улучшает ковкость, снижает карбидную неоднородность. ГЛАВА 1. ИНСТРУМЕНТАЛЬНЫЕ СТАЛИ 25

27 Недостатком молибденовых сталей является их склонность к обезуглероживанию поверхностного слоя и перегреву при закалке. Вследствие этого интервал закалочных температур для этих сталей эже, чем для вольфрамовых, и составляет 5 С. Эти стали в процессе термообработки более капризны, чем вольфрамовые. У нас в стране и за рубежом разработан целый ряд вольфрамовых сталей (0...8% W). Примером являются отечественная сталь Р6М5, стали групп АТ Т и М4О (США). Эти стали отличаются высокой твердостью и теплостойкостью при высоком уровне механических свойств и хорошей шлифуемости. Экспериментально установлено оптимальное содержание вольфрама и молибдена в быстрорежущих сталях: W + 2Мо = %. В составе обычных быстрорежущих сталей содержится около 4% хрома. Хром так же, как вольфрам, молибден и ванадий, является карбидообразующим элементом. Однако он не оказывает такого сильного влияния на свойства быстрорежущих сталей, как вышеперечисленные элементы. В настоящее время установлено, что уменьшение содержания хрома до 2% несколько увеличивает ударную вязкость и способствует измельчению зерна, но снижает твердость на 1,0...1,5 HRC и уменьшает прочность. В результате режущие свойства остаются неизменными. Легирование кобальтом в количестве % обеспечивает значительное повышение теплостойкости сталей до С и дает возможность получать твердость до 70 HRC. Стали, легированные кобальтом, являются сталями повышенной и высокой производительности, т. к. они обеспечивают увеличение скорости резания на % по сравнению со сталями нормальной производительности (Р18, Р12), особенно при резании труднообрабатываемых материалов. В первой половине ХХ столетия было установлено, что если температуру закалки вольфрамовых сталей повысить и довести приблизительно до 1300 С, количество вольфрама в стали можно увеличить до %, количество хрома до 4...5% и ванадия до 1...1,5%. Такая сильно легированная сталь, обладая теплостойкостью при нагреве до температур около 600, позволила в раза увеличить скорости резания по сравнению с допускаемым инструментом, изготовленным из инструментальной углеродистой стали. В связи с этим она была названа быстрорежущей. Первая марка 26 СОВРЕМЕННЫЕ ИНСТРУМЕНТАЛЬНЫЕ МАТЕРИАЛЫ

28 быстрорежущей стали по своему химическому составу соответствовала марке Р18 по ГОСТ В последнее время исследование и разработка новых марок быстрорежущих сталей ведется с большой интенсивностью во многих странах мира. В результате появились стали, легированные кобальтом, обладающие более высокой теплостойкостью, чем сталь Р18; выяснилась возможность частично заменить вольфрам молибденом (в соотношении 1% Мо вместо 4% W) или ванадием (в соотношении 1% V вместо 8% W) при сохранении теплостойкости на прежнем уровне. Установлено, что повышенное легирование стали ванадием (до 4...5%) способствует увеличению ее износоустойчивости. Термообработка быстрорежущей стали включает закалку после нагрева до температур порядка С (в зависимости от марки стали и размеров инструмента) и последующий высокий многократный (трех или четырехкратный) отпуск при С. После такой термической обработки твердость инструментов составляет HRC , а у сталей с добавкой кобальта или ванадия до HRC Структура закаленной и многократно отпущенной быстрорежущей стали состоит из игольчатого мартенсита и избыточных карбидов. В целях дальнейшего увеличения твердости и износоустойчивости поверхностных слоев инструмента из быстрорежущих сталей нормальной производительности в настоящее время применяют дополнительно некоторые специальные способы химико-термической обработки (цианирование, хромирование, поверхностное насыщение углеродом, сульфидирование, фосфатирование, отпуск в атмосфере пара при температуре С, а также электроупрочнение твердыми сплавами и обивку шариками). Исследованиями так же установлено, что небольшие добавки титана (Ti), бора (B) и азота (N) лишь незначительно увеличивают износостойкость сталей. Алюминий (Al) практически не оказывает влияния на свойства сталей. В последнее время появились стали с добавлением кремния (Р8М3К6С) и ниобия (Р3М3ФБ2) МАРКИ БЫСТРОРЕЖУЩИХ СТАЛЕЙ За последние годы в нашей стране, а также в зарубежных странах (США, Германии, Франции, Англии, Швеции, Японии и др.) производится большое количество различных быстрорежущих сталей. Химический состав сталей, выпускаемых в нашей стране ГЛАВА 1. ИНСТРУМЕНТАЛЬНЫЕ СТАЛИ 27

29 по ГОСТ, ГОСТ и по некоторым ТУ, представлен в табл. 6. В ней сталями нормальной теплостойкости называются стали, имеющие теплостойкость до 620 С, а сталями повышенной теплостойкости стали с теплостойкостью С. Таблица 6 Химический состав быстрорежущих сталей Содержание легирующих элементов, % Марка стали C W Мо Cr V Cо Стали нормальной теплостойкости 1. Вольфрамовые Р18 0,7 0,5 1 3,8 4,4 1 1,4 Р12 0,8 0, до 1 3,2 3,7 1,5 1,9 Р9 0,85 0,95 8,5 10 до 1 3,8 4,4 1,3 1,7 Р9Ф (ЭП347) 0,7 0,8 8,5 10 до 1 4 4,6 1,3 1,7 2. Вольфрамо-молибденовые Р6М3 0,85 0,95 5,5 6,5 3 3,6 3 3,6 2 2,5 Р6М5 0,8 0,9 5,5 6,5 4,5 5,5 3,8 4,4 1,8 2,2 Р9М1(ЭП344) 0,8 0,9 8,6 3,5 4,1 1,8 2,2 Стали повышенной теплостойкости А. Стали с повышенным содержанием ванадия Р18Ф2 0,85 0,5 1 3,8 4,4 1,8 2,4 Р14Ф4 1,2 1,5 до 1 4 4,6 3,4 4,1 Р12Ф3 (ЭП597) 0,94 1,5 0,5 1 3,5 4 2,5 3 Р9Ф5 1,4 1,5 9 10,5 до 1 3,8 4,4 4,3 5,1 Б. Кобальтовые стали 1. Вольфрамо-кобальтовые Р18Ф2К5 0,85 0,5 1 3,8 4,4 1,8 2,4 5 6 Р15Ф2К5 (ЭП599) 0,75 0,85 12,5 14 0,5 1 3,5 4 1,7 2,2 5 6 Р9К5 0,5 до 1 3,8 4,4 2 2,6 5 6 Р9К10 0,5 до 1 3,8 4,4 2 2,6 9,5 10,5 2. Вольфрамо-молибдено-кобальтовые Р6М3К5 (ЭП515) 0,8 0,9 5,5 6,5 3 3,6 3 3,6 2,1 2,5 5 6 Р6М5К5 0, Кобальтовые стали с повышенным содержанием ванадия Р10К5Ф5 1,45 1,55 10,5 11,5 до 1 4 4,6 4,3 5,1 5 6 Р12К5Ф4 1,25 1,4 12,5 14 0,5 1 3,5 4 3,2 3, СОВРЕМЕННЫЕ ИНСТРУМЕНТАЛЬНЫЕ МАТЕРИАЛЫ

30 Кроме сталей, приведенных в табл. 6, за последние годы разработан целый ряд новых быстрорежущих сталей. Ниже приводится их краткая характеристика. Сталь повышенной производительности Р18Ф2К8М (ЭП379) имеет твердость после термообработки HRC при теплостойкости 640 С. При обработке титановых и жаропрочных сплавов инструменты из стали ЭП379 имеют стойкость в раза выше, чем из стали Р18, а при нарезании резьбы и сверлении закаленных сталей в раз выше. Сталь Р18Ф3К8М (ЭП380) может быть закалена до твердости HRC и имеет теплостойкость 650 С, однако она отличается плохой ковкостью и поэтому может применяться только для изготовления инструментов простой формы. Имея твердость HRC, сталь Р18Ф4К8М (ЭП381) несколько превосходит предыдущую по прочности и ударной вязкости. Еще более высокие прочностные свойства имеет сталь Р9Ф4К8М. Твердость ее равна HRC. Для обработки аустенитных сталей и жаропрочных сплавов рекомендуется применять сталь Р12М3Ф2К8 (ЭП657), имеющую твердость до 68,5 HRC и теплостойкость до 640 С при хороших технологических свойствах. Сталь Р6М5Ф2К8 (ЭП658) имеет твердость HRC при теплостойкости 640 С и предназначена для обработки высокопрочных сталей в условиях ударной нагрузки. Для этой же цели рекомендуется и сталь Р6М5К14Ф2 (ЭП804). Все эти стали разработаны в Санкт-Петербургском государственном техническом университете . Ряд новых марок быстрорежущих сталей разработан в МГТУ «СТАНКИН»: Р18Ф2К5М, Р12Ф4К8, Р8М3С, Р9МЧК8 (ЭП688), Р8М3К6С (ЭП722). Сталь ЭП688 имеет твердость до,5 HRC, а сталь ЭП722 до,5 HRC. Сталь ЭП688 рекомендуется применять для обработки жаропрочных сплавов, где стойкость инструментов из данной стали в раза выше, чем из сталей Р18 и Р12, и в 1,5...2,5 раза выше, чем из кобальтовых сталей Р9К5 и Р9К10. Инструменты из стали ЭП722 рекомендуются для резания высокопрочных сталей и титановых сплавов. Выпускаемые в последнее время стали 10Р6М5 и 10Р8М3 обладают повышенной износостойкостью и используются для резания закаленных конструкционных сталей твердостью HRC Стойкость инструмента из стали 10Р6М5 при обработке заготовок деталей машин прочностью В МПа в 1,3...2 раза выше, чем из стали Р6М5. Сталь Р6М5Ф3 рекомендуется для чистовой ГЛАВА 1. ИНСТРУМЕНТАЛЬНЫЕ СТАЛИ 29

31 и получистовой обработки легированных сталей, включая труднообрабатываемые, нержавеющие и аустенитные стали. Стойкость инструмента на % выше, чем у сталей Р18 и Р6М5. При оптимизации состава легирующих элементов в быстрорежущих сталях часто используют математическое моделирование для установления зависимости состав свойство. В качестве исследуемых факторов (входные параметры) выбирали содержание легирующих элементов, в качестве функций цели (выходные параметры) рассматривали твердость, прочность, ударную вязкость, тепло- и износостойкость, в качестве контролируемых параметров бал карбидной неоднородности и глубину обезуглероженного слоя. Оптимизация полученных моделей позволила выбрать состав стали со следующей концентрацией легирующих элементов: 1,05...1,15% углерода; 1,7...2,2% вольфрама; 3,3...3,8% молибдена; 5,0...5,5% хрома; 2,5...3,0% ванадия; 3,3...3,8% кобальта; 0,7...1,2% кремния; 0,2...0,5% ниобия; обозначена сталь маркой Р2М3Ф3К3СБ. Оптимальный режим термической обработки стали: закалка при С и двукратный отпуск при 560 С в течение 1 ч. После обработки сталь марки Р2М3Ф3К3СБ характеризуется следующими свойствами: твердость HRC , прочность МПа, ударная вязкость 0,23...0,28 МДж/м 2, красностойкость HRC 58, характеризуемая твердостью после четырехчасового нагрева при 630 С. В отожженном состоянии структура стали представляет собой полигонизированный феррит и карбид МС, М 6 С и М 23 С 6, распределение которых более однородное, чем в высоколегированных сталях марки Р6М5К5. Аустенизация при температуре 1220 С не вызывает заметного роста зерна в стали, т. к. более 90% избыточных карбидов на основе ванадия и ниобия МС остаются нерастворенными и служат барьером, сдерживающим рост зерна. Кобальт почти полностью содержится в твердом растворе, не перераспределяется между ним и карбидной фазой и не оказывает влияния на количество последней. Однако при отпуске кобальт совместно с кремнием значительно изменяет кинетику коагуляции карбидов. Этим объясняется то, что размеры выделяющихся при отпуске стали марки Р2М3Ф3К3СБ карбидов МС, М 2 С и М 3 С значительно меньше, чем в большинстве быстрорежущих сталей. 30 СОВРЕМЕННЫЕ ИНСТРУМЕНТАЛЬНЫЕ МАТЕРИАЛЫ

МГТУ им. Баумана Отчет по домашнему заданию ИШтх-7 Выполнил Константиниди Анастас Москва, 2016 год Данный материал. Для изготовления штампового инструмента для холодной обработки давлением в зависимости

Лекция 19 http://www.supermetalloved.narod.ru Инструментальные стали 1. Стали для режущего инструмента 2. Углеродистые инструментальные стали (ГОСТ 1435). 3. Легированные инструментальные стали 4. Быстрорежущие

ИНСТРУМЕНТАЛЬНЫЕ СТАЛИ Быстрорежущие стали СОДЕРЖАНИЕ Стр. МАРКИ СТАЛЕЙ И ПРОГРАММА ПОСТАВОК 3 ОБЛАСТЬ ПРИМЕНЕНИЯ И ВЫБОР СТАЛИ 4-5 THYRAPID 3202 6 THYRAPID 3207 7 THYRAPID 3243 8 THYRAPID 3245 9 THYRAPID

Лекция 14 Технологические особенности и возможности закалки и отпуска 1. Закалка 2. Способы закалки 3. Отпуск 4. Отпускная хрупкость Закалка Конструкционные стали подвергают закалке и отпуску для повышения

Leс_14_TKMiM_1АА_AD_LNA_01.12.2016 Содержание 14.1. Износ режущего инструмента 14.2. Инструментальные материалы Контрольные вопросы Задания для самостоятельной работы Cписок литературы 14.1. Износ режущего

7.3. Классификация и маркировка углеродистых сталей Сталь сплав железа с углеродом, содержащий менее 2,14 % С. Углеродистые стали, принято классифицировать: по составу; назначению; структуре; раскисленности

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ РЯЗАНСКОЙ ОБЛАСТИ ОГБПОУ «РЯЗАНСКИЙ ЖЕЛЕЗНОДОРОЖНЫЙ КОЛЛЕЖД» ТВОРЧЕСКИЙ ПРОЕКТ «Я это знаю, а теперь можешь узнать и ты» Самостоятельные работы обучающихся по материаловедению

Тема 1.1 Инструментальные материалы 1. При выборе инструментальных материалов их обычно не сравнивают o по прочности o по твердости o по термостойкости o по плотности 2. Твердость сверхтвердых инструментальных

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА 9 ТЕРМИЧЕСКАЯ ОБРАБОТКА ЛЕГИРОВАННЫХ СТАЛЕЙ: ОТЖИГ, НОРМАЛИЗАЦИЯ, ЗАКАЛКА Цель работы Изучить влияние легирующих элементов на режимы термической обработки сталей, формирование структуры

Влияние легирующих элементов на структуру металла На механические, физические и химические свойства стали большое влияние оказывают присадки легирующих элементов: хрома, вольфрама, молибдена, ванадия,

ОБРАБОТКА МЕТАЛЛОВ РЕЗАНИЕМ срезание режущим инструментом слоя металла с заготовки в виде стружки для получения необходимой геометрической формы, точности размеров, шероховатости поверхности детали. Припуск

Особенности криогенной обработки технологической оснастки из различных сталей В углеродистых сталях с содержанием углерода более 0,6% в результате криогенной обработки твердость повышается независимо от

Термическая обработка включает следующие основные типы: отжиг I рода, отжиг II рода, закалка без полиморфного превращения, закалка с полиморфным превращением, отпуск и старение. Каждый из этих типов термической

32 Евдокимов В.Д., Клименко Л.П., Евдокимова А.Н. азотом. Отпуск и старение закаленных сталей Отпуск закаленных сталей процесс нагрева и выдержки закаленной стали при температуре на 2030 С ниже критической

ВЫБОР МАРКИ СТАЛИ И ОПТИМАЛЬНОГО РЕЖИМА ТЕРМИЧЕСКОЙ ОБРАБОТКИ ДЛЯ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ХОЗЯЙСТВЕННЫХ НОЖЕЙ. Артюхина Д.А. Самарский государственный технический университет России, г.самара THE CHOICE OF GRADE

Лекция 3 Классификация. Материалы для режущих инструментов 1. Классификация и обозначение инструментов Весь дереворежущий инструмент подразделяется на ручной и машинный, а по способу крепления на станке

Министерство образования и науки Российской Федерации Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования «СИБИРСКАЯ ГОСУДАРСТВЕННАЯ ГЕОДЕЗИЧЕСКАЯ АКАДЕМИЯ»

Министерство образования и науки Российской федерации Калужский филиал федерального государственного бюджетного образовательного учреждения высшего образования «Московский государственный технический университет

Московский государственный технический университет им. Н.Э.Баумана Калужский филиал Е.В. Акулиничев Структура, свойства, применение легированных сталей. Методические указания к лабораторным работам по

Высокая популярность такого материала, как нержавеющая сталь, объясняется ее уникальными характеристиками, которыми не обладают обычные углеродистые стальные сплавы. Благодаря большому разнообразию марок

Лекция МАТЕРИАЛОВЕДЕНИЕ. МЕТАЛИЧЕСКИЕ МАТЕРИАЛЫ. КЛАССИФИКАЦИЯ МЕТАЛЛОВ. ТЕХНОЛОГИЯ ИЗГОТОВЛЕНИЯ МЕДИЦИНСКИХ ИЗДЕЛИЙ ИЗ МЕТАЛЛОВ Лектор: Беда Наталья Павловна 1 Материаловедение Материаловедение наука,

Сталь инструментальная Марка стали У7, У7А У8 У8, У8А У9, У9А У10, У10А У12, У12А 9Х1 ХВ4Ф 9ХС ХВГ Заменитель У7А, У7, У10А, У10 У7А, У7, У8А, У8 У11, У12, У12А У10А, У11А, У10, У11 9Х2 ХВГ, ХВСГ 9ХС,

Тестовые задания Напряжения, возникающие в процессе быстрого нагрева, в следствии неоднородного расширения поверхностных и внутренних слоев называются 1) внутренние остаточные 2) структурные 3) тепловые

ISSN 2076-2151. Обработка материалов давлением. 2012. 1 (30) 280 УДК 621.735.32 Хван А. Д. ИССЛЕДОВАНИЕ ВЛИЯНИЯ ПЛАСТИЧЕСКОЙ ДЕФОРМАЦИИ НА СТОЙКОСТЬ ИНСТРУМЕНТАЛЬНОЙ СТАЛИ Х12М Повышение конкурентоспособности

Cварка легированных сталей Илья Мельников 2 3 Илья Мельников Cварка легированных сталей 4 ЛЕГИРУЮЩИЕ ЭЛЕМЕНТЫ Легированные стали подразделяют на низколегированные (с содержанием легирующих компонентов,

КОНТРОЛЬНОЕ ЗАДАНИЕ 2.1 Выбор инструментальных материалов при различных видах обработки и геометрических параметров резцов при токарной обработке. Задача 1. Выбрать материал режущей части инструментов

Влияние химического состава на механические свойства стали 24.11.2016 Каждый химический элемент, входящий в состав стали, по-своему влияет на ее механические свойства улучшает или ухудшает. Углерод (С),

УЧРЕЖДЕНИЕ ОБРАЗОВАНИЯ «МОГИЛЁВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ МАШИНОСТРОИТЕЛЬНЫЙ ПРОФЕССИОНАЛЬНО- ТЕХНИЧЕСКИЙ КОЛЛЕДЖ» МНОГОУРОВНЕВЫЕ ТЕСТОВЫЕ ЗАДАНИЯ по предмету «Материаловедение» РАЗРАБОТАЛ И СОСТАВИЛ Преподаватель

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА N10 ТЕРМИЧЕСКАЯ ОБРАБОТКА ЛЕГИРОВАННЫХ СТАЛЕЙ. ОТПУСК Цель работы Изучить влияние температуры отпуска на структурные превращения в легированных сталях и на их механические свойства.

3.5. Обработка поверхностным пластическим деформированием Подобные технологии вызывают упрочнение поверхностного слоя металла в холодном состоянии (механические методы) или при нагревании (термо-механические

Министерство образования Российской Федерации Российский химико-технологический университет им. Д. И. Менделеева ОСНОВЫ МАТЕРИАЛОВЕДЕНИЯ Кристаллическая структура, диаграммы состояния, маркировка материалов.

В.С. Палеев, 2012 г. ОАО «Уралмашзавод» М.А. Гервасьев, 2012 г. ФГАОУ ВПО «Уральский федеральный университет имени первого Президента России Б.Н. Ельцина» г. Екатеринбург ТЕХНОЛОГИИ ПРОИЗВОДСТВА ВАЛКОВ

Министерство образования Республики Беларусь БЕЛОРУССКИЙ НАЦИОНАЛЬНЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ Кафедра «Материаловедение в машиностроении» М.В. Ситкевич ТЕХНОЛОГИЯ ИНСТРУМЕНТАЛЬНЫХ МАТЕРИАЛОВ Учебно-методическое

Нержавеющая хромоникелевая супераустенитная сталь, легированная молибденом и медью Обозначение по другим нормам EN 10088-3: 1.4539 / X1NiCrMoCuN 25-20-6 AISI: 904L ASME: 472/649 DIN: 1.4539 AFNOR: Z2NCDU25-20

Основные требования к инструментальным материалам следующие:

1. Инструментальный материал должен иметь высокую твердость в состоянии поставки или достигаемую в результате его термической обработки – не менее 63…66 HRC по Роквеллу.

2. Необходимо, чтобы при значительных температурах резания твердость поверхностей инструментов существенно не уменьшалась. Способность материала сохранять высокую твердость при повышенных температурах и исходную твердость после охлаждения называется теплостойкостью. Инструментальный материал должен обладать высокой теплостойкостью.

3. Наряду с теплостойкостью, инструментальный материал должен иметь высокую износостойкость при повышенной температуре, т.е. обладать хорошей сопротивляемостью истиранию обрабатываемым материалом.

4. Важным требованием является достаточно высокая прочность инструментального материала. Если высокая твердость материала рабочей части инструмента сопровождается значительной хрупкостью, это приводит к поломке инструмента и выкрашиванию режущих кромок.

5. Инструментальный материал должен обладать технологическими свойствами, обеспечивающими оптимальные условия изготовления из него инструментов. Для инструментальных сталей – это хорошая обрабатываемость резанием и давлением; благоприятные особенности термической обработки; хорошая шлифуемость после термической обработки. Для твердых сплавов особое значение приобретает хорошая шлифуемость, а также отсутствие трещин и других дефектов, возникающих в твердом сплаве после припайки пластин, при шлифовании и заточке инструмента.

ВИДЫ ИНСТРУМЕНТАЛЬНЫХ МАТЕРИАЛОВ И ОБЛАСТИ ИХ ПРИМЕНЕНИЯ.

Ранее всех материалов начали применять углеродистые инструментальные стали марок У7, У7А … У13, У 13А. Кроме железа они содержат 0,2…0,4 % марганца, обладают достаточной твердостью при комнатной температуре, но их теплостойкость невелика, так как при сравнительно невысоких температурах (200…250°С) их твердость резко уменьшается.

Легированные инструментальные стали по своему химическому составу отличаются от углеродистых повышенным содержанием кремния или марганца, или наличием одного или нескольких легирующих элементов: хрома (увеличивает твердость, прочность, коррозионную стойкость материала, понижает его пластичность); никеля (повышает прочность, пластичность, ударную вязкость, прокаливаемость материала); вольфрама (повышает твердость и теплостойкость материала); ванадия (повышает твердость и прочность материала, способствует образованию мелкозернистой структуры); кобальта (увеличивает ударную вязкость и жаропрочность материала); молибдена (повышает упругость, прочность, теплостойкость материала). Для режущих инструментов используются низколегированные стали марок 9ХФ, 11ХФ, 13Х, В2Ф, ХВ4, ХВСГ, ХВГ, 9ХС и др. Эти стали обладают более высокими технологическими свойствами – лучшей закаливаемостью и прокаливаемостью, меньшей склонностью к короблению, но теплостойкость их практически равна теплостойкости углеродистых сталей 350…400°С и поэтому они используются для изготовления ручных инструментов (разверток) или инструментов, предназначенных для обработки на станках с низкими скоростями резания (мелкие сверла, развертки).

Быстрорежущие инструментальные стали. Из группы высоколегированных сталей для изготовления режущих инструментов используются быстрорежущие стали с высоким содержанием вольфрама, молибдена, кобальта, ванадия. Современные быстрорежущие стали можно разделить на три группы.

К сталям нормальной теплостойкости относятся вольфрамовые Р18, Р12, Р9 и вольфрамомолибденовые Р6М5, Р6М3, Р8М3. Эти стали имеют твердость в закаленном состоянии 63…66HRC, предел прочности при изгибе 2900…3400Мпа, ударную вязкость 2,.7…4,8 Дж/м 2 и теплостойкость 600…650°С. Они используются при обработке конструкционных сталей, чугунов, цветных металлов, пластмасс. Иногда применяются быстрорежущие стали, дополнительно легированные азотом (Р6АМ5, Р18А и др.), которые являются модификациями обычных быстрорежущих сталей. Легирование азотом повышает режущие свойства инструмента на 20…30%, твердость – на 1 – 2 единицы HRC.

Стали повышенной теплостойкости характеризуются повышенным содержанием углерода – 10Р8М3, 10Р6М5; ванадия – Р12Ф3, Р2М3Ф8; Р9Ф5; кобальта – Р18Ф2К5, Р6М5К5, Р9К5, Р9К10, Р9М4К8Ф, 10Р6М5Ф2К8 и др.

Твердость сталей в закаленном состоянии достигает 66…70HRC, они имеют более высокую теплостойкость (до 620…670°С). Это дает возможность использовать их для обработки жаропрочных и нержавеющих сталей и сплавов, а также конструкционных сталей повышенной прочности и закаленных. Период стойкости инструментов из таких сталей в 3 – 5 раз выше, чем из сталей Р18, Р6М5.

Стали высокой теплостойкости характеризуются пониженным содержанием углерода, но весьма большим количеством легирующих элементов – В11М7К23, В14М7К25, 3В20К20Х4Ф. Они имеют твердость 69…70HRC, и теплостойкость 700…720°С. Наиболее рациональная область их использования – резание труднообрабатываемых материалов и титановых сплавов. В последнем случае период стойкости инструментов в 30 – 80 раз выше, чем из стали Р18, и в 8 – 15 раз выше, чем из твердого сплава ВК8. При резании конструкционных сталей и чугунов период стойкости возрастает менее значительно (в 3 – 8 раз).

Твердые сплавы. Эти сплавы получают методами порошковой металлургии в виде пластин или коронок. Основными компонентами таких сплавов являются карбиды вольфрама WC, титана TiC, тантала TaC и ниобия NbC, мельчайшие частицы которых соединены посредством сравнительно мягких и менее тугоплавких кобальта или никеля в смеси с молибденом.

Твердые сплавы имеют высокую твердость – 88…92 HRA (72…76 HRC) и теплостойкость до 850…1000°С. Это позволяет работать со скоростями резания в 3 – 4 раза большими, чем инструментами из быстрорежущих сталей.

Применяемые в настоящее время твердые сплавы делятся:

1) на вольфрамовые сплавы группы ВК: ВК3, ВК3-М, ВК4, ВК6, ВК6-М, ВК6-ОМ, ВК8 и др. В условном обозначении цифра показывает процентное содержание кобальта. Например, обозначение ВК8 показывает, что в нем 8% кобальта и 92% карбидов вольфрама. Буквами М и ОМ обозначается мелкозернистая и особо мелкозернистая структура;

2) на титановольфрамовые сплавы группы ТК: Т5К10, Т15К6, Т14К8, Т30К4, Т60К6 и др. В условном обозначении цифра, стоящая после буквы Т, показывает процентное содержание карбидов титана, после буквы К – кобальта, остальное – карбиды вольфрама;

3) на титанотанталовольфрамовые сплавы группы ТТК: ТТ7К12, ТТ8К6, ТТ20К9и др. В условном обозначении цифры, стоящие после буквы Т, показывают процентное содержание карбидов титана и тантала, после буквы К – кобальта, остальное – карбиды вольфрама;

4) на безвольфрамовые твердые сплавы ТМ-1, ТМ-3, ТН-20, КНТ-16, ТС20ХН. Обозначения условные.

Твердые сплавы выпускаются в виде стандартизованных пластин, которые припаиваются, приклеиваются или крепятся механически к державкам из конструкционной стали. Выпускаются также инструменты, рабочая часть которых целиком выполнена из твердого сплава (монолитные).

Сплавы группы ТК имеют более высокую теплостойкость, чем сплавы ВК. Они могут использоваться при высоких скоростях резания, поэтому их широко применяют при обработке сталей.

Инструменты из твердых сплавов группы ВК применяют при обработке деталей из конструкционных сталей в условиях низкой жесткости системы СПИД, при прерывистом резании, при работе с ударами, а также при обработке хрупких материалов типа чугуна, что обусловлено повышенной прочностью этой группы твердых сплавов и не высокими температурами в зоне резания. Их также используют при обработке деталей из высокопрочных, жаропрочных и нержавеющих сталей, титановых сплавов. Это объясняется тем, что наличие в большинстве этих материалов титана вызывает повышенную адгезию со сплавами группы ТК, также содержащими титан. Сплавы группы ТК имеют значительно худшую теплопроводность и более низкую прочность, чем сплавы ВК.

Введение в твердый сплав карбидов тантала или карбидов тантала и ниобия (ТТ10К8-Б) повышает его прочность. Однако температура теплостойкости этих сплавов ниже, чем у двух карбидных.

Особомелкозернистые твердые сплавы применяют для обработки материалов с большой истирающей способностью. Их применяют для чистовой и получистовой обработки деталей из высокопрочных вязких сталей с повышенной склонностью к наклепу.

Сплавы с низким содержанием кобальта (Т30К4, ВК3, ВК4) применяют на чистовых операциях, с большим содержанием кобальта (ВК8, Т14К8, Т5К10) используют на черновых операциях.

Минералокерамика. Ее основу составляют оксиды алюминия Al 2 О 3 с небольшой добавкой (0,5…1%) оксида магния MgO. Высокая твердость, теплостойкость до 1200°С, химическая инертность к металлам, сопротивление окислению во многом превосходят эти же параметры твердых сплавов, но уступает по теплопроводности и имеет более низкий предел прочности на изгиб.

Высокие режущие свойства минералокерамики проявляются при скоростной обработке сталей и высокопрочных чугунов, причем чистовое и получистовое точение и фрезерование повышает производительность обработки деталей до 2 раз при одновременном возрастании периодов стойкости инструментов до 5 раз по сравнению с обработкой инструментами из твердого сплава. Минералокерамика выпускается в виде неперетачиваемых пластин, что существенно облегчает условия ее эксплуатации.

Сверхтвердые инструментальные материалы (СТМ) – наиболее перспективные – это синтетические сверхтвердые материалы на основе алмаза или нитрида бора.

Для алмазов характерны высокая твердость и износостойкость. По абсолютной твердости алмаз в 4-5 раз тверже твердых сплавов и в десятки и в сотни раз превышает износостойкость других инструментальных материалов при обработке цветных сплавов и пластмасс. Вследствие высокой теплопроводности алмазы лучше отводят теплоту из зоны резания, однако, из-за их хрупкости область их применения сильно ограничена. Существенный недостаток алмаза – при повышенной температуре он вступает в химическую реакцию с железом и теряет работоспособность.

Поэтому были созданы новые сверхтвердые материалы, химически инертные к алмазу. Технология получения их близка к технологии получения алмазов, но в качестве исходного вещества использовался не графит, а нитрид бора.

НАЗНАЧЕНИЕ ГЕОМЕТРИИ ИНСТРУМЕНТА И ОПТИМАЛЬНЫХ РЕЖИМОВ РЕЗАНИЯ ПРИ ТОЧЕНИИ, СВЕРЛЕНИИ, ФРЕЗЕРОВАНИИ.

Выбор заднего угла a. Известно, что при обработке сталей больший оптимальный угол a соответствует меньшей толщине срезаемого слоя: sin a опт =0,13/а 0,3 .

Для практических целей при обработке сталей рекомендуются следующие значения задних углов: для черновых резцов при S>0,3мм/об - a=8°; для чистовых резцов при S<0,3 мм/об - a=12°; для торцовых и цилиндрических фрез - a=12…15°.

Значение задних углов при обработке чугунов несколько меньше, чем для обработки сталей.

Выбор переднего угла g. Передний угол должен быть тем больше, чем меньше твердость и прочность обрабатываемого материала и чем больше его пластичность. Для инструментов из быстрорежущей стали при обработке мягких сталей угол g=20…30°, сталей средней твердости - g=12…15°, чугуна - g=5…15° и алюминия - g=30…40°. У твердосплавного инструмента передний угол делается меньшим, а иногда даже отрицательным в силу того, что этот инструментальный материал менее прочный, чем быстрорежущая сталь. Однако уменьшение g приводит к росту сил резания. Для снижения сил резания в таком случае на передней поверхности как твердосплавного, так и быстрорежущего инструмента затачивают отрицательную фаску.

Выбор главного угла в плане j. При обработке нежестких деталей для уменьшения радиальной составляющей Р у главный угол в плане следует увеличивать до j=90°. В отдельных случаях угол j назначают из конструктивных соображений. Главный угол в плане влияет также на шероховатость обработанной поверхности, поэтому при чистовой обработке рекомендуется использовать меньшие значения j.

Выбор вспомогательного угла в плане j 1 . Для отдельных видов инструментов j 1 колеблется в пределах от 0 до 2…3°. Например, у сверл и метчиков j 1 =2…3¢, а у отрезного резца j 1 =1…3°.

Выбор угла наклона главной режущей кромки l. Рекомендуемые углы для чистовых и черновых резцов из быстрорежущей стали соответственно l=0…(-4)° и l=5…+10°, для твердосплавных резцов при работе их без ударов и с ударами соответственно l=5…+10° и l=5…+20°.

Назначение оптимальных режимов резания :

1. Прежде всего, выбирают инструментальный материал , конструкцию инструмента и геометрические параметры его режущей части. Материал режущей части выбирают в зависимости от свойств обрабатываемого материала, состояния поверхности заготовки, а также от условий осуществляемого резания. Геометрические параметры инструмента назначаются в зависимости от свойств обрабатываемого материала, жесткости технологической системы, вида обработки (черновой, чистовой или отделочной) и других условий резания.

2. Назначают глубину резания с учетом припуска на обработку. При черновой обработке желательно назначать глубину резания, обеспечивающую срезание припуска за один проход. Количество проходов свыше одного при черновой обработке следует допускать в исключительных случаях при снятии повышенных припусков. Получистовая обработка часто производится в два прохода. Первый, черновой, осуществляется с глубиной резания t=(0,6…0,75)h, а второй, окончательный с t=(0,3…0,25)h. Обработка в два прохода в этом случае вызвана тем, что при снятии слоя толщиной свыше 2мм за один проход качество обработанной поверхности низкое, а точность ее размеров недостаточна. При чистовой обработке в зависимости от точности и шероховатости обработанной поверхности глубину резания назначают в пределах 0,5…2,0мм на диаметр, а при обработке с шероховатостью менее Ra 1,25 – в пределах 0,1…0,4мм.

3. Выбирают подачу (при точении и сверлении – S 0 , мм/об; при фрезеровании S z , мм/зуб).При черновой обработке она устанавливается с учетом жесткости технологической станочной системы, прочности детали, способа ее крепления (в патроне, в центрах и т.д.), прочности и жесткости рабочей части режущего инструмента, прочности механизма подачи станка, а также установленной глубины резания. При чистовой обработке назначение подачи необходимо согласовывать с заданной шероховатостью обработанной поверхности и квалитетом точности, учитывая при этом возможный прогиб детали под действием сил резания и погрешности геометрической формы обработанной поверхности. После выбора нормативной подачи производят проверочные расчеты по формулам: Р х = , или .

4. Определяют скорость резания. Скорость резания, допускаемая режущим инструментом при определенном периоде его стойкости, зависит от глубины резания и подачи, материала режущей части инструмента и его геометрических параметров, от обрабатываемого материала, вида обработки, охлаждения и других и других факторов.

При данных глубине резания, подаче и периоде стойкости можно рассчитать скорость резания: при точении: ; при сверлении: ; при фрезеровании: .

5. При черновой обработке проверяется выбранный режим резания по мощности станка. В этом случае должно соблюдаться соотношение: N рез £1,3hN ст. Если окажется, что мощности электродвигателя станка, на котором производится обработка, не хватает, надо выбрать более мощный станок. Если это невозможно, необходимо уменьшить выбранные значения u или S.

6. Определяют основное время каждого прохода (формулы для его расчета при различных видах обработки приводятся в нормативно-справочной литературе.

ПРОЦЕСС ШЛИФОВАНИЯ

Шлифование – процесс резания металлов, осуществляемый зернами абразивного материала. Шлифованием можно практически обрабатывать любые материалы, так как твердость зерен абразива (2200…3100НВ) и алмаза (7000НВ) очень велика. Для сравнения отметим, что твердость твердого сплава 1300НВ, цементита 2000НВ, закаленной стали 600…700НВ. Зерна абразива скрепляются связкой в инструменты различной формы или наносятся на ткань (абразивные шкурки). Шлифование применяется чаще всего как отделочная операция и позволяет получать детали 7…9-го и даже 6-го квалитетов с шероховатостью Ra=0,63…0,16мкм и менее. В некоторых случаях шлифование применяется при обдирке отливок и поковок, при зачистке сварных швов, т.е. как подготовительная или черновая операция. В настоящее время применяется глубинное шлифование для съема больших припусков.

Характерными особенностями процесса шлифования являются следующие:

1) многопроходность, способствующая эффективному исправлению погрешностей формы и размеров деталей, полученных после предшествующей обработки;

2) резание осуществляется большим количеством беспорядочно расположенных абразивных зерен, обладающих высокой микротвердостью (22000…31000Мпа). Эти зерна, образующие прерывистый режущий контур, прорезают мельчайшие углубления, а объем металла, срезаемый в единицу времени, в этом случае значительно меньше, чем при резании металлическим инструментом. Одним абразивным зерном в единицу времени срезается примерно в 400000 раз меньший объем металла, чем одним зубом фрезы;

3) процесс срезания стружки отдельным абразивным зерном осуществляется на высоких скоростях резания (30…70м/с) и за очень короткий промежуток времени (в течение тысячных и стотысячных долей секунды);

абразивные зерна расположены в теле круга хаотически. Они являются многогранниками неправильной формы и имеют округленные радиусом r вершины (Стр. 301).

Округление это невелико (обычно r=8…20 мкм), но его всегда надо учитывать, так как при микрорезании толщины слоев, снимаемых отдельными зернами, соизмеримы с r;

5) большие скорости резания и неблагоприятная геометрия режущих зерен способствует развитию в зоне резания высоких температур (1000…1500°С);

6) управлять процессом шлифования можно только за счет изменения режимов резания, так как изменение геометрии абразивного зерна, выполняющего роль резца или зуба фрезы, практически трудноосуществимо. Алмазные круги с помощью специальной технологии изготовления могут иметь преимущественную (требуемую) ориентировку алмазных зерен в теле круга, что обеспечивает более благоприятные условия резания;

7) абразивный инструмент может в процессе работы самозатачиваться. Это происходит, когда режущие грани зерен затупляются, что вызывает увеличение сил резания, а следовательно, и сил, действующих на зерно. В результате затупленные зерна выпадают, вырываются из связки или раскалываются, и в работу вступают новые острые зерна;

8) шлифованная поверхность образуется в результате одновременного действия как геометрических факторов, характерных для процесса резания, так и пластических деформаций, сопровождающих этот процесс.

Что касается геометрической схемы образования шлифованной поверхности, необходимо иметь в виду следующее:

для большего соответствия действительному процессу стружкообразования следует рассматривать врезание зерен в шероховатую поверхность, а сами зерна считать хаотично расположенными во всем объеме круга (Стр. 302).

Шлифование должно рассматриваться как явление пространственное, а не плоскостное. В зоне резания обрабатываемая элементарная поверхность за время ее контакта со шлифовальным кругом соприкасается не с одним рядом зерен, а с несколькими;

2) чем меньше неровности абразивного режущего инструмента, тем ближе он подходит к сплошному режущему лезвию и тем менее шероховатой получается обработанная поверхность. Одинаковый режущий контур можно создать уменьшением номера зернистости или увеличением времени абразивного воздействия, например, за счет понижения скорости вращения детали или уменьшения продольной подачи за один оборот изделия;

3) упорядоченный режущий рельеф достигается алмазной правкой. В процессе шлифования по мере разрушения и выпадания отдельных зерен упорядоченный режущий рельеф нарушается;

4) абразивные зерна в процессе резания можно разделить на режущие (например, зерна 3, 7), скоблящие, если они врезаются на столь малую глубину, что происходит лишь пластическое выдавливание металла без снятия стружки, давящие 5 и нережущие 4. В реальном процессе шлифования примерно 85…90% всех зерен не режет, а так или иначе пластически деформирует тончайший поверхностный слой, т.е. наклепывает его.

5) на шероховатость влияет не только зернистость, но и связка абразивного инструмента, оказывающая полирующий эффект, который больше проявляется при меньших скоростях вращения круга.

ХАРАКТЕРИСТИКИ АБРАЗИВНОГО ИНСТРУМЕНТА И НАЗНАЧЕНИЕ РЕЖИМОВ ШЛИФОВАНИЯ

Все абразивные материалы делятся на две группы: естественные и искусственные. К естественным материалам относятся корунд и наждак, состоящие из Al 2 O 3 и примесей. Из искусственных абразивных материалов наиболее широкое распространение получили: электрокорунд, карбид кремния, карбид бора, синтетический алмаз, кубический нитрид бора (КНБ), белбор.

Под зернистостью абразивных материалов понимают размеры их зерен. По своим размерам (крупности) они делятся по номерам:

1) 200, 160, 125, 100, 80, 63, 50, 40, 32, 25, 20, 16 – шлифзерно;

2) 12, 10, 8, 6, 5, 4, 3 – шлифпорошки;

3) М63, М50, М40, М28, М20, М14 – микропорошки;

4) М10, М7, М5 – тонкие микропорошки.

Зернистость микропорошков определяется размером зерен основной фракции в мкм. Согласно ГОСТ 3647-80, различают следующие фракции зерна: В (60…55%), П (55…45%), Н (45…40%), Д (43…39% зерен основной фракции).

Под твердостью кругов понимается способность связки удерживать абразивные зерна от вырывания их с поверхности круга под действием внешних сил, или степень сопротивления связки вырыванию зерен круга из материала связки.

По твердости круги на керамической и бакелитовой связках, согласно ГОСТ 18118-79, делятся на семь классов: М – мягкие (М1, М2, М3), М2 тверже, чем М1; СМ – среднемягкие (СМ1, СМ2); С – средние (С1, С2); СТ – среднетвердые (СТ1, СТ2, СТ3); Т – твердые (Т1, Т2); ВТ – весьма твердые (ВТ); ЧТ – чрезвычайно твердые (ЧТ).

Круги на вулканитовой связке различаются по твердости: среднемягкая (СМ), средняя (С), среднетвердая (СТ) и твердая (Т).

ГОСТ 2424-83 предусматривает изготовление шлифовальных кругов трех классов точности: АА, А и Б. В зависимости от класса точности кругов должны применяться шлифовальные материалы со следующими индексами: В и П – для класса точности АА; В, П и Н – для класса точности А; В, П, Н и Д – для класса точности Б.

Под структурой шлифовального круга понимается его внутренне строение, т. е. процентное соотношение и относительное расположение зерен, связки и пор в единице объема круга: V з +V с +V п =100%.

Основой системы структур является содержание абразивных зерен в единице объема инструмента:

Номер структуры

Содержание зерен, %

Структуры с 1 по 4 – закрытые или плотные; с 5 по 8 – средние; с 9 по 12 – открытые.

ГОСТ 2424-83 регламентирует выпуск 14 профилей шлифовальных кругов диаметром 3…1600мм, толщиной 6…250мм.

Оптимальным режимом резания при шлифовании следует считать режим, который обеспечивает высокую производительность, наименьшую себестоимость и получение требуемого качества шлифованной поверхности.

Для определения режима шлифования:

1) выбирается характеристика шлифовального круга и устанавливается его окружная скорость u к;

2) назначается поперечная подача (глубина резания t) и определяется число проходов, обеспечивающих снятие всего припуска. Подача варьируется в пределах 0,005…0,09 мм за двойной ход;

3) назначается продольная подача в долях ширины круга S пр =КВ, где К=0,4…0,6 для чернового, К=0,3…0,4 – для чистового шлифования;

4) выбирается окружная скорость вращения детали u д. При черновом шлифовании следует исходить из установленного периода стойкости круга (Т=25…60мин), при чистовом – из обеспечения заданной шероховатости поверхности. Обычно скорость вращения детали находится в пределах 40…80м/мин;

5) подбирается охлаждающая жидкость;

6) определяются силы резания и мощность, необходимые для обеспечения процесса шлифования. Мощность (кВт),необходимая для вращения круга, N k ³P z u к /10 3 h, а для вращения детали N д ³P z u д /(60×10 3 h);

7) выбранные режимы шлифования корректируются по паспорту станка. При нехватке мощности уменьшаются u д или S, т.к. они влияют на мощность резания N к и машинное время t м;

8) проверяются условия бесприжогового шлифования по удельной мощности, приходящейся на 1 мм ширины круга: N уд =N к /В. Она должна быть меньше допустимой удельной мощности, приводимой в справочной литературе;

9) подсчитывается машинное время.

Похожая информация.

Инструментальные материалы должны иметь высокую твердость, остающуюся достаточной и при высокой температуре, чтобы осуществлять внедрение инструмента в менее твердый конструкционный материал. Твердость должна сохранятся и при высоких температурах, то есть инструментальные материалы должны обладать высокой красностойкостью. Исходя из особенностей нагружения инструментов (консольное закрепление, ударные нагрузки, изгиб, растяжение, сжатие), их основными прочностными показателями считают пределы прочности на кручение, изгиб и сжатие, а также ударную вязкость. Необходимость противостоять интенсивному истиранию ставит задачу создания износостойких инструментальных материалов. Кроме того, они должны быть технологичными и иметь невысокую стоимость.

Углеродистые инструментальные стали марок У7А, У8А, У10А и другие используют для изготовления инструментов с твердостью HRC = 60-62 после термообработки; красностойкость сталей - до 200-250 °С, допустимые скорости резания - 15-18 м/мин. Применяются в производстве напильников, зубил, метчиков, плашек, ножовочных полотен и других инструментов.

Красностойкость легированных инструментальных сталей достигает 250-300 °С, допустимые скорости резания - 15-25 м/мин. Эти стали незначительно деформируются при термической обработке, поэтому из них изготавливают сложные по конфигурации инструменты: плашки, зубила, метчики, развертки, сверла, резцы, фрезы, протяжки и др.

Из быстрорежущих сталей изготавливают режущий инструмент с твердостью HRC = 62-65. После термообработки красностойкость таких сталей сохраняется до 640 °С, скорость резания - до 80 м/мин. Из стали Р9 изготавливают инструменты простой формы (резцы, фрезы, зенкеры и др.), из стали Р18 - сложные инструменты с высокой износостойкостью (метчики, плашки, зуборезный инструмент). Широко распространена быстрорежущая сталь марки Р6М5. Имеются быстрорежущие стали с малым содержанием вольфрама (11АРМЗФ2) или без него (11М5Ф). Все шире применяют инструменты из быстрорежущих сталей с износостойкими покрытиями. Так, тонкие покрытия нитрида титана увеличивают срок службы инструмента в 2-5 раз.

Твердые сплавы , обладающие высокой износостойкостью, твердостью (HRA = 86-92) и красностойкостью (800-1000 °С), пригодны для скоростей обработки до 800 м/мин. Однокарбидные твердые сплавы марок ВК2, ВК4, ВК6, ВК8 имеют хорошее сопротивление ударным нагрузкам, используются для обработки чугунов, цветных металлов и их сплавов, неметаллических материалов. Двухкарбидные твердые сплавы марок Т5К10, Т14К18, Т15К6, Т30К4 менее прочны, но более износостойки, чем сплавы первой группы. Находят применение при обработке пластичных и вязких металлов и сплавов, углеродистых и легированных сталей. Трехкарбидный твердый сплав марки ТТ7К12 обладает повышенной прочностью, износостойкостью и вязкостью, его применяют для обработки жаропрочных сталей, титановых сплавов и других труднообрабатываемых материалов.

С целью повышения износостойкости без снижения прочности твердых сплавов используют особо мелкие зерна карбида вольфрама (ВК6-ОМ). Инструменты оснащают также пластинками с тонкими покрытиями (толщиной 5-10 мкм) из износостойких материалов (карбида, нитрида или карбонитрида титана и др.). Это повышает их стойкость в 5-6 раз. Есть и безвольфрамовые твердые сплавы марок ТМ1, ТМЗ, ТН-20, КНТ-16, создаваемые на основе карбидов или других соединений титана с добавками молибдена, никеля и других тугоплавких металлов.

Минералокерамика - синтетический материал, основой которого служит глинозем (А1 2 О э), спеченный при температуре 1720-1750 °С. Минералокерамика марки ЦМ-332 характеризуется красностойкостью 1200 °С. Инструменты, приготовленные из этого материала, имеют высокую износостойкость и размерную стабильность, характеризуются отсутствием налипания металла на инструмент; их недостаток - низкая прочность и хрупкость. Пластинки из минералоке- рамики крепят механическим путем или пайкой, предварительно подвергнув их металлизации. С целью улучшения эксплуатационных свойств в минералокерамику добавляют вольфрам, молибден, титан, никель и др. Такие материалы называются керметами. Пластинки из минералокерамики применяют для безударной обработки заготовок из сталей и цветных сплавов.

Находят применение в инструментах и сверхтвердые материалы (СТМ). К ним относятся материалы на основе кубического нитрида бора, композиты. Режущими пластинками из композитов снабжаются резцы и фрезы.

Абразивные материалы представляют собой порошковые мелкозернистые вещества, используемые для производства абразивных инструментов: шлифовальных кругов, лент, брусков, сегментов, головок. Естественные абразивные материалы (наждак, кварцевый песок, корунд) характеризуются значительным разбросом свойств, поэтому применяются редко.

Абразивные инструменты в машиностроении изготавливают из искусственных материалов: электрокорундов, карбидов кремния, карбидов бора, оксида хрома и ряда новых материалов. Все они отличаются высокими свойствами: красностойкостью (1800-2000 °С), износостойкостью и твердостью. Так, микротвердость карбидов бора составляет 43% от микротвердости алмаза, карбидов кремния - 35% и электрокорунда - 25%. Обработку абразивными инструментами ведут на скоростях 15-100 м/с на завершающих этапах технологических процессов по изготовлению деталей машин.

Шлифовальные и полировальные пасты содержат в своем составе оксид хрома. Из новых материалов в качестве абразивов для обработки твердых сплавов используют эльбор, представляющий собой поликристаллические образования на основе нитрида бора кубического или гексагонального строения.

В промышленности широкое распространение получили различные алмазные инструменты. Используют естественные (А) и синтетические (АС) алмазы, отличающиеся высокими твердостью, красностойкостью, износостойкостью и размерной стойкостью. Обработка алмазными инструментами характеризуется высокой точностью, малой шероховатостью поверхности и повышенной производительностью.

КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ

• 1. Какие движения осуществляются рабочими органами станка? Какое из них называют движением резания?
• 2. Какова геометрия токарного проходного резца?
• 3. Какие физические явления сопровождают процесс резания?

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ

РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

НОВОСИБИРСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ

КОНТРОЛЬНАЯ РАБОТА

по технологии машиностроения

Тема: «Инструментальные материалы »

Выполнила:

Студентка группы ОТЗ-873

Васильева Ольга Михайловна

Проверил:

Мартынов Эдуард Захарович

Татарск 2010

Введение…………………………………………………………………………………………...……3

1. Основные требования к инструментальным материалам……………………………….…..4

2. Виды инструментальных материалов…………………………………………………….…..6

2.1. Углеродистые и легированные инструментальные стали…………………….................6

2.2. Быстрорежущие стали………………………………………………………….………....7

3. Твердые сплавы…………………………………………………………………………….……8

3.1.Минералокерамические материалы…………………………………………...………....10

3.2. Металлокерамические материалы………………………………………………………..11

3.3. Абразивные материалы………………………………………………………………..…..12

4. Особенности получения инструментальных материалов на основе алмаза и кубического нитрида бора…………………………………………………………………………………………..14

5. Стали для изготовления корпусов элементов………………………………………….…..16 Заключение……………………………………………………………………………………….…...17 Список использованной литературы……………………………………………………………..….18

Введение

История развития обработки металлов показывает, что одним из эффективных путей повышения производительности труда в машиностроении является применение новых инструментальных материалов. Например, применение быстрорежущей стали вместо углеродистой инструментальной, позволило увеличить скорость резания в 2...3 раза. Это потребовало существенно усовершенствовать конструкцию металлорежущих станков, прежде всего, увеличить их быстроходность и мощность. Аналогичное явление наблюдалось

также при использовании в качестве инструментального материала твердых сплавов.

Инструментальный материал должен иметь высокую твердость, чтобы в течение длительного времени срезать стружку. Значительное превышение твердости инструментального материала по сравнению с твердостью обрабатываемой заготовки должно сохраняться и при нагреве инструмента в процессе резания. Способность материала инструмента сохранять свою твердость при высокой температуре нагрева определяет его красностойкость (теплостойкость). Режущая часть инструмента должна обладать большой

износостойкостью в условиях высоких давлений и температур.

Важным требованием является также достаточно высокая прочность инструментального материала, так как при недостаточной прочности происходит выкрашивание режущих кромок либо поломка инструмента, особенно при их небольших размерах.

Инструментальные материалы должны обладать хорошими технологическими свойствами, т.е. легко обрабатываться в процессе изготовления инструмента и его переточек, а также быть сравнительно дешевыми. В настоящее время для изготовления режущих элементов инструментов применяются инструментальные стали (углеродистые, легированные и быстрорежущие), твердые сплавы, минералокерамические материалы, алмазы и другие сверхтвердые и абразивные материалы.

1. Основные требования к инструментальным материалам.

Основные требования к инструментальным материалам следующие:

1. Инструментальный материал должен иметь высокую твердость.

Твердость инструментального материала должна быть выше твердости обрабатываемого не менее чем в 1,4 - 1.7 раза.

2. При резании металлов выделяется значительное количество теплоты и режущая часть инструмента нагревается. Поэтому, инструментальный материал должен обладать высокой теплостойкостью . Способность материала сохранять высокую твердость при температурах резания называется теплостойкостью … Для быстрорежущей стали – теплостойкость еще называют красностойкостью (т.е. сохранение твердости при нагреве до температур начала свечения стали)

Увеличение уровня теплостойкости инструментального материала позволяет ему работать с большими скоростями резания (табл. 1).

Таблица 1 - Теплостойкость и допустимая скорость резания инструментальных материалов.

Материал	Теплостойкость, К	Допустимая скорость при резании Стали 45 м/мин
Углеродистая сталь
Легированная сталь
Быстрорежущая сталь
Твердые сплавы:
Группа ВК
Группы ТК и ТТК
безвольфрамовые
с покрытием
Керамика

3. Важным требованием является достаточно высокая прочность инструментального материала. Если высокая твердость материала рабочей части инструмента не обеспечивается необходимой прочностью, то это приводит к поломке инструмента и выкрашиванию режущих кромок.

Таким образом, инструментальный материал должен иметь достаточный уровень ударной вязкости и сопротивляться появлению трещин (т.е. иметь высокую трещиностойкость).

4. Инструментальный материал должен иметь высокую износостойкость при повышенной температуре, т.е. обладать хорошей сопротивляемостью истиранию обрабатываемым материалом, которая проявляется в сопротивлении материала контактной усталости.

5. Необходимым условием достижения высоких режущих свойств инструмента является низкая физико-химическая активность инструментального материала по отношению к обрабатываемому . Поэтому кристаллохимические свойства инструментального материала должны существенно отличаться от соответствующих свойств обрабатываемого материала. Степень такого отличия сильно влияет на интенсивность физико-химических процессов (адгезионно-усталостные, коррозионно-окислительные и диффузионные процессы) и изнашивание контактных площадок инструмента.

6. Инструментальный материал должен обладать технологическими свойствами , обеспечивающими оптимальные условия изготовления из него инструментов. Для инструментальных сталей ими являются хорошая обрабатываемость резанием и давлением; благоприятные особенности термической обработки (малая чувствительность к перегреву и обезуглероживанию, хорошие закаливаемость и прокаливаемость, минимальные деформирование и образование трещин при закалке и т.д.); хорошая шлифуемость после термической обработки.

2. ВИДЫ ИНСТРУМЕНТАЛЬНЫХ МАТЕРИАЛОВ

Инструментальные стали

Для режущих инструментов применяют быстрорежущие стали, а также, в небольших количествах, заэвтектоидные углеродистые стали с содержанием углерода 0,7-1,3% и суммарным содержанием легирующих элементов (кремния, марганца, хрома и вольфрама) от 1,0 до 3,0%.

2.1. Углеродистые и легированные инструментальные стали.

Ранее других материалов для изготовления режущих инструментов начали применять углеродистые инструментальные стали марок У7, У7А…У13, У13А. Помимо железа и углерода, эти стали содержат 0,2…0,4% марганца. Инструменты из углеродистых сталей обладают достаточной твердостью при комнатной температуре, но теплостойкость их невелика, так как при сравнительно невысоких температурах (200…250°С) их твердость резко уменьшается.

Легированные инструментальные стали, по своему химическому составу, отличаются от углеродистых повышенным содержанием кремния или марганца, или наличием одного либо нескольких легирующих элементов: хрома, никеля, вольфрама, ванадия, кобальта, молибдена. Для режущих инструментов используются низколегированные стали марок 9ХФ, 11ХФ, 13Х, В2Ф, ХВ4, ХВСГ, ХВГ, 9ХС и др. Эти стали обладают более высокими технологическими свойствами – лучшей закаливаемостью и прокаливаемостью, меньшей склонности к короблению, но теплостойкость их равна 350…400°С и поэтому они используются для изготовления ручных инструментов (разверток) или инструментов, предназначенных для обработки на станках с низкими скоростями резания (мелкие сверла, метчики).

Следует отметить, что за последние 15-20 лет существенных изменений этих марок не произошло, однако наблюдается устойчивая тенденция снижения их доли в общем объеме используемых инструментальных материалов.

2.2. Быстрорежущие стали.

В настоящее время быстрорежущие стали являются основным материалом для изготовления режущего инструмента, несмотря на то, что инструмент из твердого сплава, керамики и СТМ обеспечивает более высокую производительность обработки.

Широкое использование быстрорежущих сталей для изготовления сложнопрофильных инструментов определяется сочетанием высоких значений твердости (до HRC@68) и теплостойкости (600-650°С) при высоком уровне хрупкой прочности и вязкости, значительно превышающих соответствующие значения для твердых сплавов. Кроме того, быстрорежущие стали обладают достаточно высокой технологичностью, так как хорошо обрабатываются давлением и резанием в отожженном состоянии.

В обозначении быстрорежущей стали буква Р означает, что сталь быстрорежущая, а следующая за буквой цифра – содержание средней массовой доли вольфрама в %. Следующие буквы обозначают: М – молибден, Ф – ванадий, К – кобальт, А – азот. Цифры, следующие за буквами, означают их среднюю массовую долю в %. Содержание массовой доли азота составляет 0,05-0,1%.

Современные быстрорежущие стали можно разделить на три группы: нормальной, повышенной и высокой теплостойкости.

К сталям нормальной теплостойкости относятся вольфрамовая Р18 и вольфрамомолибденовая Р6М5 стали (табл. 2.2). Эти стали имеют твердость в закаленном состоянии 63…64 HRC, предел прочности при изгибе 2900…3400Мпа, ударную вязкость 2,7…4,8Дж/м2 и теплостойкость 600…620°С. Указанные марки стали получили наиболее широкое распространение при изготовлении режущих инструментов. Объем производства стали Р6М5 достигает 80% от всего объема выпуска быстрорежущей стали. Она используется при обработке конструкционных сталей, чугунов, цветных металлов, пластмасс.

Стали повышенной теплостойкости характеризуются повышенным содержанием углерода, ванадия и кобальта.

Среди ванадиевых сталей наибольшее применение получила марка Р6М5Ф3.

Наряду с высокой износостойкостью, ванадиевые стали

обладают плохой шлифуемостью из-за присутствия карбидов ванадия (VC), так как твердость последних не уступает твердости зерен электрокорундового шлифовального круга (Al2 O3). Обрабатываемость при шлифовании – «шлифуемость», - это важнейшее технологическое свойство, которое определяет не только особенности при изготовлении инструментов, но и при его эксплуатации (переточках).

Таблица 2. Химический состав быстрорежущих сталей

Марка стали	Массовая доля, %
		Вольфрам			Молибден
Стали нормальной теплостойкости
Стали повышенной теплостойкости
Стали высокой теплостойкости

3. Твердые сплавы В настоящее время для производства режущих инструментов широко используются твердые сплавы. Они состоят из карбидов вольфрама, титана, тантала, сцементированных небольшим количеством кобальта. Карбиды вольфрама, титана и тантала обладают высокой твердостью, износостойкостью. Инструменты, оснащенные твердым сплавом, хорошо сопротивляются истиранию сходящей стружкой и материалом заготовки и не теряют своих режущих свойств при температуре нагрева до 750-1100 °С. Установлено что твердосплавным инструментом, имеющим в своем составе килограмм вольфрама, можно обработать в 5 раз больше материала, чем инструментом из быстрорежущей стали с тем же содержанием вольфрама. Недостатком твердых сплавов, по сравнению с быстрорежущей сталью, является их повышенная хрупкость, которая возрастает с уменьшением содержания кобальта в сплаве. Скорости резания инструментами, оснащенными твердыми сплавами, в 3-4 раза превосходят скорости резания инструментами из быстрорежущей стали. Твердосплавные инструменты пригодны для обработки закаленных сталей и таких неметаллических материалов, как стекло, фарфор и т. п. Производство металлокерамических твердых сплавов относится к области порошковой металлургии. Порошки карбидов смешивают с порошком кобальта. Из этой смеси прессуют изделия требуемой формы и затем подвергают спеканию при температуре, близкой к температуре плавления кобальта. Так изготовляют пластинки твердого сплава различных размеров и форм, которыми оснащаются резцы, фрезы, сверла, зенкеры, развертки и др. Пластинки твердого сплава крепят к державке или корпусу напайкой или механически при помощи винтов и прижимов. Наряд с этим в машиностроительной промышленности применяют мелкоразмерные, монолитные твердосплавные инструменты, состоящие из твердых сплавов. Их изготовляют из пластифицированных заготовок. В качестве пластификатора в порошок твердого сплава вводят парафин до 7-9 %. Из пластифицированных сплавов прессуют простые по форме заготовки, которые легко обрабатываются обычным режущим инструментом. После механической обработки заготовки спекают, а затем шлифуют и затачивают. Из пластифицированного сплава заготовки монолитных инструментов могут быть получены путем мундштучного прессования. В этом случае спрессованные твердосплавные брикеты помещают в специальный контейнер с твердосплавным профилированным мундштуком. При продавливании через отверстие мундштука изделие принимает требуемую форму и подвергается спеканию. По такой технологии изготовляют мелкие сверла, зенкеры, развертки и т. п. Монолитный твердосплавный инструмент может также изготовляться из Окончательно спеченных твердосплавных цилиндрических заготовок с последующим вышлифовыванием профиля алмазными кругами. В зависимости от химического состава металлокерамические твердые сплавы, применяемые для производства режущего инструмента, разделяются на три основные группы. Сплавы первой группы изготовляют на основе карбидов вольфрама и кобальта. Они носят название вольфрамокобальтовых. Это сплавы группы ВК. Ко второй группе относятся сплавы, получаемые на основе карбидов вольфрама и титана и связующего металла кобальта. Это двухкарбидные титано- вольфрамокобальтовые сплавы группы ТК. Третья группа сплавов состоит из карбидов вольфрама, титана, танталаи кобальта. Это трехкарбидные титано-танталовольфрамокобальтовые сплавы группы ТТК. К однокарбидным сплавам группы ВК относятся сплавы: ВКЗ, ВК4, ВК6, ВК8, ВК10, ВК15. Эти сплавы состоят из зерен карбида вольфрама, сцементированных кобальтом. В марке сплавов цифра показывает процентное содержание кобальта. Например, сплав ВК8 содержит в своем составе 92 %карбида вольфрама и 8 % кобальта. Рассматриваемые сплавы применяются для обработки чугуна, цветных металлов и неметаллических материалов. При выборе марки твердого сплава учитывают содержание кобальта, которое предопределяет его прочность. Из сплавов группы ВК сплавы ВК15, ВК10, ВК8 являются наиболее вязкими и прочными, хорошо противостоят ударам и вибрациям, а сплавы ВК2, ВКЗ обладают наиболее высокой износостойкостью и твердостью при малой вязкости, слабо сопротивляются ударам и вибрациям. Сплав ВК8 применяется для черновой обработки при неравномерном сечении среза и прерывистом резании, а сплав ВК2 -для чистовой отделочной обработки при непрерывном, резании с равномерным сечением среза. Для получистовых работ и черновой обработки с относительно равномерным сечением срезаемого слоя применяются сплавы ВК4, ВК6. Сплавы ВК10 и ВК15 находят применение при обработке резанием специальных труднообрабатываемых сталей. Режущие свойства и качество твердосплавного инструмента определяются не только химическим составом сплава, но и его структурой, т. е. величиной зерна. С увеличением размера зерен карбида вольфрама прочность сплава возрастает, а износостойкость уменьшается, и наоборот. В зависимости от размеров зерен карбидной фазы сплавы могут быть мелкозернистые, у которых не менее 50 % зерен карбидных фаз имеют размер порядка 1 мкм, среднезернистые - с величиной зерна 1-2 мкм и крупнозернистые, у которых размер зерен колеблется от 2 до 5 мкм. Для обозначения мелкозернистой структуры в конце марки сплава ставится буква М, а для крупнозернистой структуры - буква К. Буквы ОМ указывают на особо мелкозернистую структуру сплава. Буква В после цифры указывает на то, что изделия из твердого сплава спекаются в атмосфере водорода. Твердосплавные изделия одного и того же химического состава могут иметь различную структуру. Получены особо мелкозернистые сплавы ВК6ОМ, В10ОМ, ВК150М. Сплав ВК6ОМ дает хорошие результаты при тонкой обработке жаропрочных и нержавеющих сталей, чугунов высокой твердости, алюминиевых сплавов. Сплав ВК10ОМ предназначен червовой и получерновой, а сплав ВК15ОМ - для особо тяжелых случаев обработки нержавеющих сталей, а также сплавов вольфрама, молибдена, титана и никеля. Мелкозернистые сплавы, такие, как сплав ВК6М, используют для чистовой обработки при тонких сечениях среза стальных, чугунных, пластмассовых и других деталей. Из пластифицированных заготовок мелкозернистых сплавов ВК6М, ВК10М, ВК15М получают цельные инструменты. Крупнозернистые сплавы ВК4В, ВК8В, более прочные, чем обычные сплавы, применяют при резании с ударами для черновой обработки жаропрочных и нержавеющих сталей с большими сечениями среза. При обработке сталей инструментами, оснащенными вольфрамокобальтовыми сплавами, в особенности при повышенных скоростях резания, происходит быстрое образование лунки на передней поверхности, приводящее к выкрашиванию режущей кромки сравнительно быстрому износу инструмента. Для обработки стальных заготовок применяют более износостойкие твердые сплавы группы ТК. Сплавы группы ТК (ТЗОК4, Т15К6, Т14К8, Т5К10, Т5К12) состоят из зерен твердого раствора карбида вольфрама в карбиде титана и избыточных зерен карбида вольфрама, сцементированных кобальтом. В марке сплава цифра после буквы К показывает процентное содержание кобальта, а после буквы Т – процентное содержание карбидов титана. Буква В в конце марки обозначает, что сплав имеет крупнозернистую структуру. Сплавы группы ТТК состоят из зерен твердого раствора карбида титана, карбида тантала, карбида вольфрама и избыточных зерен карбида вольфрама, сцементированных кобальтом. К сплавам группы ТТК относятся ТТ7К12, ТТ8К6, ТТ10К8Б, ТТ20К9. Сплав ТТ7К12 содержит 12% кобальта, 3% карбида тантала, 4% карбида титана и 81% карбида вольфрама. Введение в состав сплава карбидов тантала значительно повышает его прочность, но снижает красностойкость. Сплав ТТ7К12 рекомендуется для тяжелых условий при обточке по корке и работе с ударами, а также для обработки специальных легированных сталей. Сплав ТТ8К6 применяют для чистовой и получистовой обработки чугуна, для непрерывной обработки с малыми сечениями среза стального литья, высокопрочных нержавеющих сталей, сплавов цветных металлов, некоторых марок титановых сплавов. Все марки твердых сплавов разбиты по международной классификации (ИСО) на группы: К, М и Р. Сплавы группы К предназначены для обработки чугуна и цветных металлов, дающих стружку надлома. Сплавы группы М – для труднообрабатываемых материалов, сплавы группы Р – для обработки сталей. С целью экономии дефицитного вольфрама разрабатываются безвольфрамовые металлокерамические твердые сплавы на основе карбидов, а также карбидонитридов переходных металлов, в первую очередь титана, ванадия, ниобия, тантала. Эти сплавы изготовляют на никелемолибденовой связке. Полученные твердые сплавы на основе карбидов по своим характеристикам примерно равноценны стандартным сплавам группы ТК. В настоящее время промышленностью освоены безвольфрамовые сплавы ТН-20, ТМ-3, КНТ-16 и др. Эти сплавы обладают высокой окалиностойкостью, низким коэффициентом трения, меньшим по сравнению с вольфрамсодержащими сплавами удельным весом, но имеют, как правило, более низкую прочность, склонность к разрушению при повышенных температурах. Изучение физико-механических и эксплуатационных свойств безвольфрамовых твердых сплавов показало, что они успешно могут быть использованы для чистовой и получистовой обработки конструкционных сталей и цветных сплавов, но значительно уступают сплавам группы ВК при обработке титановых и нержавеющих сталей. Одним из путей повышения эксплуатационных характеристик твердых сплавов является нанесение на режущую часть инструмента тонких износостойких покрытий на основе нитрида титана, карбида титана, нитрида молибдена, окиси алюминия. Толщина наносимого слоя покрытия колеблется от 0,005 до 0,2 мм. Опыты показывают, что тонкие износостойкие покрытия приводят к значительному росту стойкости инструмента. 3.1. Минералокерамические материалы Минералокерамические материалы для изготовления режущих инструментов стали применять с 50-х годов. В СССР был создан минералокерамический материал марки ЦМ-332, состоящий в основном из оксида алюминия А12О3 с небольшой добавкой (0,5–1,0%) оксида магния МgО. Оксид магния препятствует росту кристаллов во время спекания и является хорошим связующим средством. Минералокерамические материалы изготовляются в форме пластинок и присоединяются к корпусам инструментов механическим путем, приклеиванием или припаиванием. Минералокерамика ЦМ-332 обладает высокой твердостью, ее красностойкость достигает 1200°С. Однако она отличается низкой прочностью при изгибе (350-400 МН/м2) и большой хрупкостью, что приводит к частым выкрашиваниям и поломкам пластинок при работе. Существенным недостатком минералокерамики является ее крайне низкое сопротивление циклическому изменению температуры. Вследствие этого даже при небольшом числе перерывов в работе на контактных поверхностях инструмента появляются микротрещины, которые приводят к его разрушению даже при небольших усилиях резания. Это обстоятельство ограничивает практическое применение минералокерамического инструмента. Минералокерамика успешно может применяться для чистового обтачивания чугуна, сталей, неметаллических материалов и цветных металлов с большими скоростями и ограниченным числом перерывов в работе. Минералокерамику марки ВШ наиболее эффективно применять для чистового точения углеродистых и малолегированных сталей, а также чугунов с твердостью НВ?260. При прерывистом точении керамика марки ВШ дает неудовлетворительные результаты. В этом случае целесообразно использовать керамику марки ВЗ. Минералокерамику марок ВОК-60, ВОК-63 используются при фрезеровании закаленной стали и высокопрочных чугунов. Новым инструментальным материалом, созданным на основе нитрида кремния, является силинит-Р. Он используется при чистовом точении сталей, чугуна, алюминиевых сплавов. 3.2. Металлокерамические материалы Металлокерамические материалы или детали получаются прессованием соответствующих смесей порошков в стальных пресс-формах под высоким давлением с последующим спеканием. Этим методом получаются пористые изделия. Для уменьшения пористости и повышения механических свойств металлокерамических изделий прибегают к калибровке давлением, а также к дополнительной Термообработке.
Главным преимуществом металлокерамической технологии является возможность получения:
сплавов из тугоплавких металлов (например, твердые сплавы);
«псевдосплавов», или композиций из металлов, не смешивающихся в расплавленном виде и не образующих твердых растворов (железо - свинец, вольфрам - медь);
композиций из металлов и неметаллов (железо - графит);
пористых материалов.
Методы порошковой металлургии позволяют получать материал в виде готовых изделий точных размеров бет последующей обработки резанием.
Основными видами металлокерамических изделий являются:
1.Антифрикционные материалы (железо - гр.чфит, бронза - графит, пористое железо).
2.Фрикционные материалы (металлическая основа + графит, асбест, кремний).
3.Металлокерамические детали (шестерни, шайбы, втулки и т. д.).
4.Медно-графитовые и бронзо-графитовые щетки для динамо-машин и электромоторов.
5.Магнитные материалы (постоянные магниты высокой подъемной силы из сплавов железа с алюминием).
6.Пористые металлокеоамическне изделия (фильтры, уплошепия).
7.Твердые сплавы.
Твердые сплавы
Твердые сплавы представляют самостоятельную группу инструментальных материалов. Они применяются для различных видов станочной обработки металлов, для изготовления штампового и волочильного инструмента, правки шлифовальных кругов и т. д.
В группу металлокерамических твердых сплавов (ГОСТ 3882-67) входят:
а) вольфрамовые твердые сплавы, состоящие на 85- У0% “З. зерен карбида вольфрама (\\’С), скрепленных кобальтом, выполняющим в этих сплавах роль связующего вещества;
б) титановольфрамовые твердые сплавы, могущие состоять из зерен твердого раствора карбида вольфрама в карбиде титана (Т\С) н. избыточных зерен карбида вольфрама со связующим элементом - кобальтом или только из зерен твердого раствора карбида вольфрама в карбиде титана (связкой также является кобальт);
в) титапо-таптало-вольфрамовые твердые сплавы, структура которых состоит из зерен твердого раствора (карбид титана - карбид тантала - карбид вольфрама) и избыточных зерен карбида вольфрама, сцементированных кобальтом.
Химический состав некоторых металлокерамических твердых сплавов
Для использования в качестве режущего инструмента из твердых сплавов изготавливаются пластинки и головки различной формы, которые крепятся к державкам резцов, зенкеров, фрез, сверл, разверток и т. д. Металлокерамические материалы или детали получаются прессованием соответствующих смесей порошков в стальных пресс-формах под высоким давлением с последующим спеканием. Этим методом получаются пористые изделия. Для уменьшения пористости и повышения механических свойств металлокерамических изделий прибегают к калибровке давлением, а также к дополнительной термообработке.

3.3. Абразивные материалы Большое место в современном производстве деталей машин занимают процессы шлифования, при которых используются различные абразивные инструменты. Режущими элементами этих инструментов служат твердые и теплоустойчивые зерна абразивного материала с острыми кромками. Абразивные материалы подразделяются на естественные и искусственные. К естественным абразивным материалам относятся такие минералы, как кварц, наждак, корунд и др. Естественные абразивные материалы отличаются большой неоднородностью, наличием посторонних примесей. Поэтому по качеству абразивных свойств они не удовлетворяют растущим потребностям промышленности. В настоящее время обработка искусственными абразивными материалами занимает ведущее место в машиностроении. Наиболее распространенными искусственными абразивными материалами являются электрокорунды, карбиды кремния и бора. К искусственным абразивным материалам относятся также полировально- доводочные порошки – оксиды хрома и железа. Особую группу искусственных абразивных материалов составляют синтетические алмазы и кубический нитрид бора. Электрокорунд получают электрической плавкой материалов, богатых оксидом алюминия, например, из боксита или глинозема в смеси с восстановителем (антрацитом или коксом). Электрокорунд выпускается следующих разновидностей: нормальный, белый, хромистый, титанистый, циркониевый, монокорунд и сферокорунд. Электрокорунд нормальный содержит 92-95 % оксида алюминия и подразделяется на несколько марок: 12А, 13А, 14А, 15А, 16А. Зерна электрокорунда нормального наряду с высокой твердостью и.механической прочностью имеют значительную вязкость, необходимую при выполнении работ с переменными нагрузками при больших давлениях. Поэтому электрокорунд нормальный применяют для обработки различных материалов повышенной прочности: углеродистой и легированной сталей, ковкого и высокопрочного чугуна, никелевых и алюминиевых сплавов. Электрокорунд белый марок 22А, 23А, 24А, 25А отличается высоким содержанием оксида алюминия (98-99%). По сравнению с электрокорундом нормальным он является более твердым, имеет повышенную абразивную способность и хрупкость. Электрокорунд белый может быть использован для обработки тех же материалов, что и электрокорунд нормальный. Однако из-за более высокой стоимости его применяют на более ответственных работах для операций окончательного и профильного шлифования, резьбошлифования, заточки режущего инструмента. Электрокорунд хромистый марок 32А, ЗЗА, 34А наряду с оксидом алюминия А12О3 содержит до 2% оксида хрома Сr2О3. Добавка оксида хрома меняет его микроструктуру и строение. По прочности электрокорунд хромистый приближается к электрокорунду нормальному, а по режущим свойствам - к электрокорунду белому. Рекомендуется применять электрокорунд хромистый для круглого шлифования изделий из конструкционных и углеродистых сталей при интенсивных режимах, где он обеспечивает повышение производительности на 20- 30 % по сравнению с электрокорундом белым. Электрокорунд титанистый марки 37А наряду с оксидом алюминия содержит оксид титана ТiO2. Он отличается от электрокорунда нормального большим постоянством свойств и повышенной вязкостью. Это позволяет использовать его в условиях тяжелых и неравномерных нагрузок. Электрокорунд титанистый применяется на операциях предварительного шлифования с увеличенным съемом металла. Электрокорунд циркониевый марки ЗЗА наряду с оксидом алюминия содержит оксид циркония. Он имеет высокую прочность и применяется в основном для обдирочных работ с большими удельными давлениями резания. Монокорунд марок 43А, 44А, 45А получается в виде зерна, имеющего повышенную прочность, острые кромки и вершины с более выраженным свойством самозатачивания по сравнению с электрокорундом. Это обеспечивает ему повышенные режущие свойства. Монокорунд предпочтителен для шлифования труднообрабатываемых сталей и сплавов, для прецизионного шлифования сложных профилей и для сухого шлифования режущего инструмента, Сферокорунд содержит более 99 % А1203 и получается в виде полых сфер. В процессе шлифования сферы разрушаются с образованием острых кромок. Сферокорунд целесообразно применять при обработке таких материалов, как резина, пластмассы, цветные металлы. Карбид кремния получается в результате взаимодействия кремнезема и углерода в электрических печах, а затем дробления на зерна. Он состоит из карбида кремния и незначительного количества примесей. Карбид кремния, обладает большой твердостью, превосходящей твердость электрокорунда, высокой механической прочностью и режущей способностью. Карбид кремния черный марок 53С, 54С, 55С применяют для обработки твердых, хрупких и очень вязких материалов; твердых сплавов, чугуна, стекла, цветных металлов, пластмасс. Карбид кремния зеленый марок 63С, 64С используют для заточки твердосплавного инструмента, шлифования керамики. Карбид бора В4С обладает высокой твердостью, высокой износоустойчивостью и абразивной способностью. Вместе с тем карбид бора очень хрупок, что и определяет его применение в промышленности в виде порошков и паст для доводки твердосплавных режущих инструментов. Абразивные материалы характеризуются такими основными свойствами, как форма абразивных зерен, зернистость, твердость, механическая прочность, абразивная способность зерен. Твердость абразивных материалов характеризуется сопротивлением зерен поверхностному измельчению, местному воздействию приложенных сил. Она должна быть выше твердости обрабатываемого материала. Твердость абразивных материалов определяют методом царапания острия одного тела по поверхности другого или методом вдавливания алмазной пирамиды под малой нагрузкой в абразивное зерно. Механическая прочность характеризуется дробимостью зерен под влиянием внешних усилий. Оценку прочности производят раздавливанием навески абразивных зерен в стальной форме под прессом с помощью определенной статической нагрузки. При обдирочных режимах с большим съемом металла требуются прочные абразивы, а при чистовом шлифовании и обработке труднообрабатываемых материалов предпочтительны абразивы с большей хрупкостью и способностью к самозатачиванию.

4. Особенности получения инструментальных материалов на основе алмаза и кубического нитрида бора

Алмаз как инструментальный материал получил в последние годы широкое применение в машиностроении. В настоящее время выпускается большое количество разнообразного инструмента с использованием алмазов: шлифовальные круги, инструменты для правки шлифовальных кругов из электрокорунда и карбида кремния, пасты и порошки для доводочных и притирочных операций. Значительные по размерам кристаллы алмазов применяют для изготовления алмазных резцов, фрез, сверл и других режущих инструментов. Область применения алмазного инструмента с каждым годом вес более расширяется. Алмаз представляет собой одну из модификаций углерода кристаллического строения. Алмаз – самый твердый из всех известных в природе минералов. Высокая твердость алмаза объясняется своеобразием его кристаллического строения, прочностью связей атомов углерода в кристаллической решетке, расположенных на равных и очень малых расстояниях друг от друга. Коэффициент теплопроводности алмаза в два и более раза выше, чем у сплава ВК8, поэтому тепло от зоны резания отводится сравнительно быстро. Возросшие потребности в алмазном инструменте не могут быть полностью удовлетворены за счет природных алмазов. В настоящее время освоено промышленное производство синтетических алмазов из графита при больших давлениях и высоких температурах. Синтетические алмазы могут быть различных марок, которые отличаются между собой прочностью, хрупкостью, удельной поверхностью и формой зерен. В порядке возрастания прочности, снижения хрупкости и удельной поверхности марки шлифовальных порошков из синтетических алмазов располагаются так: АС2, АС4, АС6, АС15, АС32. К числу новых видов инструментальных материалов относятся сверхтвердые поликристаллы на основе алмаза и кубического нитрида бора.

Кубический нитрид бора (КНБ) сверхтвердый материал не имеющий природного аналога. Впервые кубический нитрид бора был синтезирован в 1956 году (фирмой «Дженерал Электрик») при высоких давлениях (свыше 4,0 ГПа) и высокой температуре (свыше 1473К) из гексагонального нитрида бора в присутствии щелочных и щелочноземельных металлов (свинец, сурьма, олово и др.). Кубический нитрид бора, выпускаемый фирмой «Дженерал Электрик» был назван Боразоном.

Диаметр заготовок из сверхтвердых поликристаллов находится в пределах 4-8мм, а высота – 3-4мм. Такие размеры заготовок, а также совокупность физических, механических свойств позволяют с успехом использовать рассматриваемые материалы в качестве материала для изготовления режущей части таких инструментов, как резцы, торцевые фрезы и др. Сверхтвердые поликристаллы на основе алмаза особенно эффективны при резании таких материалов, как стеклопластики, цветные металлы и их сплавы, титановые сплавы. Значительное распространение рассматриваемых композитов объясняется рядом присущих им уникальных свойств – твердостью, приближающейся к твердости алмаза, высокой теплопроводностью, химической инертностью к железу. Однако они обладают повышенной хрупкостью, что делает невозможным их применение в условиях ударных нагрузок. Более устойчивы к удару инструменты из композитов 09 и 10. Они оказываются эффективными при обработке с тяжелыми режимами и ударными нагрузками закаленных сталей и чугунов. Применение сверхтвердых синтетических материалов оказывает существенное влияние на технологию машиностроения, открывая перспективу замены во многих случаях шлифования точением и фрезерованием. Перспективным видом инструментального материала являются двухслойные пластины круглой, квадратной, трехгранной или шестигранной форм. Верхний слой пластин состоит из поликристаллического алмаза, а нижний из твердого сплава либо металлической подложки. Поэтому пластины можно применять для инструментов с механическим креплением в державке. Сплав силинит-Р на основе нитрида кремния с добавками окиси алюминия и титана занимает промежуточное положение между твердыми сплавами на карбидной основе и сверхтвердыми материалами на основе алмаза и нитрида бора. Как показали исследования, он может применяться при чистовом точении сталей, чугуна, сплавов алюминия и титана. Преимущество этого сплава заключается и в том, что нитрид кремния никогда не станет дефицитным. 5. Стали для изготовления корпусов элементов У сборного инструмента корпуса и элементы крепления изготовляются из конструкционных сталей марок: 45, 50, 60, 40Х, 45Х, У7, У8, 9ХС и др. Наибольшее распространение получила сталь 45, из которой изготовляют державки резцов, хвостовики сверл, зенкеров, разверток, метчиков, корпуса сборных фрез, расточные оправки. Для изготовления корпусов инструментов, работающих в тяжелых условиях, применяют сталь 40Х. Она после закалки в масле и отпуска обеспечивает сохранение точности пазов, в которые вставляются ножи. В том случае, когда отдельные части корпуса инструмента работают на износ, выбор марки стали определяется соображениями получения высокой твердости в местах трения. К таким инструментам относятся, например, твердосплавные сверла, зенкеры, у которых направляющие ленточки в процессе работы соприкасаются с поверхностью обработанного отверстия и быстро изнашиваются. Для корпуса подобных инструментов применяют углеродистую инструментальную сталь, а также легированную инструментальную сталь 9ХС. Заключение

Развитие новой техники диктует требования к разработке новых материалов, в число которых входят сверхтвердые материалы. Традиционно их используют в металлообработке, инструментальном производстве, камне и стеклообработке, обработке строительных материалов, керамики, ферритов, полупроводниковых и др. материалов. В последние годы интенсивно ведутся работы по применению алмазов в электронике, лазерной технике, медицине и других областях науки и техники. В индустриально развитых странах мира получению сверхтвердых материалов и изделий из них уделяется большое внимание. Российская Федерация за последние годы существенно продвинулась в части создания отечественного алмазного производства. Большой вклад в решении этой проблемы вносит государственная научно-техническая программа «Алмазы», во многом благодаря поддержке которой свыше 25 % потребностей республики в алмазной продукции сегодня удовлетворяется за счет собственного производства.

Более полное решение проблемы импортозамещения требует дальнейшего проведения работ по совершенствованию существующих и разработке новых материалов и технологий получения сверхтвердых материалов и изделий на их основе, расширения областей их применения. Сегодня работы в области сверхтвердых материалов в России ведутся в широком спектре проблем, в том числе: синтез порошков алмаза и кубического нитрида бора, выращивание крупных монокристаллов алмаза, выращивание монокристаллов драгоценных камней, получение поликристаллов алмаза, кубического нитрида бора и композиций на их основе, в том числе с использованием нанопорошков, разработка новых композиционных алмазосодержащих материалов и технологий получения из них инструмента, разработка технологии и оборудования для нанесения алмазных пленок и покрытий, сертификация алмазной продукции, а также освоение мощностей по выпуску алмазной продукции.

Список использованной литературы

1. Новые инструментальные материалы и области их применения. Учебн. пособие / В.В.Коломиец, - К.: УМК ВО, 1990. – 64 с.

2. Васин С.А., Верещака А.С., Кушнир В.С. Резание металлов: Термомеханический подход к системе взаимосвязей при резании: Учебн. для техн. вузов. – М.: Изд-во МГТУ им. Н.Э.Баумана, 2001. – 448 с.

3. Металлообрабатывающий твердосплавный инструмент: Справочник В.С. Самойлов, Э.Ф.Эйхманс, В.А.Фальковский и др. – М.: Машиностроение, 1988. – 368 с.

4. Инструменты из сверхтвердых материалов / Под ред. Н.В.Новикова. – Киев: ИСМ НАНУ, 2001. – 528 с.

Инструментальными являются материалы, основное назначение которых - оснащение рабочей части инструментов. К ним относятся инструментальные углеродистые, легированные и быстрорежущие стали, твердые сплавы, минералокерамика, сверхтвердые материалы.

Основные свойства инструментальных материалов

Инструментальный материал	Теплостойкость 0 С	Предел прочности при изгибе, МПа	Микротвер-дость, НV	Коэффициент тепло-проводности, Вт/(мЧК)
Углеродистая сталь Легированная сталь Быстрорежущая сталь Твердый сплав Минералокерамика Кубический нитрид				8.1. Инструментальные стали. По химическому составу, степени легированности инструментальные стали разделяются на инструментальные углеродистые, инструментальные легированные и быстрорежущие стали. Физико-механические свойства этих сталей при нормальной температуре достаточно близки, различаются они теплостойкостью и прокаливаемостью при закалке. В инструментальных легированных сталях массовое содержание легирующих элементов недостаточно, чтобы связать весь углерод в карбиды, поэтому теплостойкость сталей этой группы лишь на 50-100 0 С превышает теплостойкость инструментальных углеродистых сталей. В быстрорежущих сталях стремятся связать весь углерод в карбиды легирующих элементов, исключив при этом возможность образования карбидов железа. За счет этого разупрочнение быстрорежущих сталей происходит при более высоких температурах. Инструментальные углеродистые (ГОСТ 1435-74) и легированные (ГОСТ 5950-73) стали. Основные физико-механические свойства инструментальных углеродистых и легированных сталей приведены в таблицах. Инструментальные углеродистые стали обозначаются буквой У, за которой следует цифра, характеризующая массовое содержание углерода в стали в десятых долях процента. Так, в стали марки У10 массовое содержание углерода составляет один процент. Буква А в обозначении соответствует высококачественным сталям с пониженным массовым содержанием примесей. Химический состав углеродистых инструментальных сталей Марка стали Марка стали фосфора – 0,035%, хрома – 0,2% никеля – 0,25%, меди – 0,25% Фосфора – 0,03%, хрома – 0,15% меди – 0,2% В инструментальных легированных сталях первая цифра, характеризует массовое содержание углерода в десятых долях процента (если цифра отсутствует, то содержание углерода в ней до одного процента). Буквы в обозначении указывают на содержание соответствующих легирующих элементов: Г - марганец, Х - хром, С - кремний, В - вольфрам, Ф - ванадий, а цифры обозначают содержание элемента в процентах. Инструментальные легированные стали глубокой прокаливаемости марок 9ХС, ХВСГ, Х, 11Х, ХВГ отличаются малыми деформациями при термической обработке. Химический состав малолегированных инструментальных сталей Марка стали ё 0,4 ё 0,3 ё 0,35 ё 0,35 ё 0,35 ё 0,3 Примечания: Химический состав малолегированной стали В1 установлен так, чтобы сохранить преимущества углеродистых сталей, улучшив закаливаемость и снизив чувствительность к перегреву Стали типа ХВ5 имеют повышенную твердость (HRC до 70) из-за большого содержания углерода и сниженного содержания марганца Хромистые стали типа Х относятся к сталям повышенной прокаливаемости Стали, легированные марганцем типа 9ХС, относятся к устойчивым против снижения твердости при отпуске Эти материалы имеют ограниченные области применения: углеродистые идут, в основном, для изготовления слесарных инструментов, а легированные - для резьбообразующих, деревообрабатывающих и длинномерных инструментов (ХВГ)- протяжек, разверток и т.д. 8.2. Быстрорежущие стали (ГОСТ 19265-73) Химический состав и прочностные характеристики основных марок этих сталей приведены в таблицах. Быстрорежущие стали обозначаются буквами, соответствующими карбидообразующим и легирующим элементам: Р - вольфрам, М - молибден, Ф - ванадий, А - азот, К - кобальт, Т - титан, Ц - цирконий). За буквой следует цифра, обозначающая среднее массовое содержание элемента в процентах (содержание хрома около 4 процентов в обозначении марок не указывается). Цифра, стоящая в начале обозначения стали, указывает содержание углерода в десятых долях процента (например, сталь 11Р3АМ3Ф2 содержит около 1,1 % С; 3 % W; 3 % Мо и 2 % V). Режущие свойства быстрорежущих сталей определяются объемом основных карбидообразующих элементов: вольфрама, молибдена, ванадия и легирующих элементов- кобальта, азота. Ванадий в связи с малым массовым содержанием (до 3%) обычно не учитывается, и режущие свойства сталей определяются, как правило, вольфрамовым эквивалентом, равным (W+2Mo)%. В прейскурантах на быстрорежущие стали выделяют три группы сталей: стали 1-й группы с вольфрамовым эквивалентом до 16 % без кобальта, стали 2-й группы - до 18 % и содержанием кобальта около 5 %, 2ста 0ли 3-й группы - до 20 % и содержанием кобальта 5-10 %. Соответственно, различаются и режущие свойства этих групп сталей. Химический состав быстрорежущих сталей Марка стали ё 0,5 ё 0,5 ё 0,5 ё 0,5 ё 0,5 Химический состав литых быстрорежущих сталей Марка стали Кроме стандартных, применяются и специальные быстрорежущие стали, содержащие, например, карбонитриды титана. Однако высокая твердость заготовок этих сталей, сложность механической обработки не способствующих широкому распространению. При обработке труднообрабатываемых материалов находят применение порошковые быстрорежущие стали Р6М5-П и Р6М5К5-П. Высокие режущие свойства этих сталей определяются особой мелкозернистой структурой, способствующей повышению прочности, уменьшению радиуса скругления режущей кромки, улучшенной обрабатываемости резанием и в особенности шлифованием. В настоящие время проходят промышленные испытания безвольфрамовые быстрорежущие стали с повышенным содержанием различных легирующих элементов, в том числе алюминия, малибдена, никеля и других Один из существенных недостатков быстрорежущих сталей связан с карбидной неоднородностью, т.е. с неравномерным распределением карбидов по сечению заготовки, что приводит, в свою очередь, к неравномерной твердости режущего лезвия инструмента и его износа. Этот недостаток отсутствует у порошковых и мартенситно-стареющих (с содержанием углерода менее 0,03%) быстрорежущих сталей. Марка стали Примерное назначение и технологические особенности Может использоваться для всех видов режущего инструмента при обработке обычных конструкционных материалов. Обладает высокой технологичностью. Примерно для тех же целей, что и сталь Р18. Хуже шлифуется. Для инструментов простой формы, не требующих большого объёма шлифовальных операций; применяется для обработки обычных конструкционных материалов; обладает повышенной пластичностью и может использоваться для изготовления инструментов методами пластической деформации; шлифуемость пониженная. Для всех видов режущих инструментов. Возможно использовать для инструментов, работающих с ударными нагрузками; более узкий, чем у стали Р18 интервал закалочных температур, повышенная склонность к обезуглероживанию. Чистовые и получистовые инструменты / фасонные резцы, развёртки, протяжки и др. / при обработке конструкционных сталей. То же, что и сталь Р6М5, но по сравнению со сталью Р6М обладает несколько большей твёрдостью и меньшей прочностью. Используются для изготовления инструментов простой формы, не требующих большого объёма шлифовальных операций рекомендуется для обработки материалов с повышенными абразивными свойствами / стеклопластики, пластмассы, эбонит и т.п. / для чистовых инструментов, работающих со средними скоростями резания и малыми сечениями среза; шлифуемость пониженная. Для чистовых и получистовых инструментов, работающих со средними скоростями резания; для материалов с повышенными абразивными свойствами; рекомендуется взамен сталей Р6Ф5 и Р14Ф4, как сталь лучшей шлифуемости при примерно одинаковых режущих свойствах. Р9М4К8, Р6М5К5 Для обработки высокопрочных нержавеющих, жаропрочных сталей и сплавов в условиях повышенного разогрева режущей кромки; шлифуемость несколько понижена. Р10К5Ф5, Р12К5Ф5 Для обработки высокопрочных и твёрдых сталей и сплавов; материалов обладающих повышенными абразивными свойствами; шлифуемость низкая. Для обработки сталей и сплавов повышенной твёрдости; чистовая и получистовая обработка без вибраций; шлифуемость пониженная. Для инструментов простой формы при обработке углеродистых и легированных сталей с прочностью не более 800 МПа. Р6М5К5-МП, Р9М4К8-МП (порошко-вые) Для тех же целей, что и стали Р6М5К5 и Р9М4К8; обладают лучшей шлифуемостью, менее деформируются при термообработке, обладают большей прочностью, показывают более стабильные эксплуатационные свойства. 8.3. Твердые сплавы (ГОСТ 3882-74) Твердые сплавы содержат смесь зерен карбидов, нитридов, карбонитридов тугоплавких металлов в связующих материалах. Стандартные марки твердых сплавов выполнены на основе карбидов вольфрама, титана,тантала. В качестве связки используется кобальт. Состав и основные свойства некоторых марок твердых сплавов для режущих инструментов приведены в таблице. Физико-механические свойства одно-, двух- и трехкарбидных твердых сплавов Состав физико-механические свойства безвольфрамовых твердых сплавов В зависимости от состава карбидной фазы и связки обозначение твердых сплавов включает буквы, характеризующие карбидообразующие элементы (В - вольфрам, Т - титан, вторая буква Т - тантал) и связку (буква К- кобальт). Массовая доля карбидообразующих элементов в однокарбидных сплавах, содержащих только карбид вольфрама, определяется разностью между 100% и массовой долей связки (цифра осле буквы К), например, сплав ВК4 содержит 4% кобальта и 96% WC. Вдвухкарбидных WC+TiC сплавах цифра после буквы карбидообразующего элемента определяется массовая доля карбидов этого элемента, следующая цифра - массовая доля связки, остальное - массовая доля карбида вольфрама (например, сплав Т5К10 содержит 5% TiC,10% Co и 85% WC). В трехкарбидных сплавах цифра после букв ТТ означает массовую долю карбидов титана и тантала. Цифра за буквой К - массовая доля связки, остальное- массовая доля карбида вольфрама (например, сплав ТТ8К6 содержит 6% кобальта, 8% карбидов титана и тантала и 86% карбида вольфрама). В металлообработке стандартом ISO выделены три группы применяемости твердосплавного режущего инструмента: группа Р - для обработки материалов, дающих сливную стружку; группа К - стружку надлома и группа М - для обработки различных материалов (универсальные твердые сплавы). Каждая область разделяется на группы и подгруппы. Твердые сплавы, в основном, выпускаются в виде различных по форме и точности изготовления пластин: напайных (наклеиваемых) - по ГОСТ 25393-82 или сменных многогранных - по ГОСТ 19043-80 - 19057-80 и другим стандартам. Многогранные пластины выпускаются как из стандартных марок твердых сплавов, так и из этих же сплавов с однослойными или многослойными сверхтвердыми покрытиями из TiC, TiN, оксида алюминия и других химических соединений. Пластины с покрытиями обладают повышенной стойкостью. К обозначению пластин из стандартных марок твердых сплавов с покрытием нитридов титана добавляют - маркировку букв КИБ (ТУ 2-035-806-80), а к обозначению сплавов по ISO - букву С. Выпускаются также пластины и из специальных сплавов (например, по ТУ 48-19-308-80). Сплавы этой группы (группы "МС") обладают более высокими режущими свойствами. Обозначение сплава состоит из букв МС и трехзначного (для пластин без покрытий)или четырехзначного (для пластин с покрытием карбидом титана) числа: 1-я цифра обозначения соответствует области применения сплава по классификации ISO (1 - обработка материалов, дающих сливную стружку; 3 - обработка материалов, дающих стружку надлома; 2 - область обработки, соответствующая области М по ISO); 2-я и 3-я цифры характеризуют подгруппу применяемости, а 4-я цифра - наличие покрытия. Например, МС111 (аналог стандартного Т15К6), МС1460 (аналог стандартного Т5К10) и т.д. Кроме готовых пластин выпускаются также заготовки в соответствии с ОСТ 48-93-81; обозначение заготовок то же, что и готовых пластин, но с добавлением буквы З. Безвольфрамовые твердые сплавы широко применяются как материалы, не содержащие дефицитных элементов. Безвольфрамовые сплавы поставляются в виде готовых пластин различной формы и размеров, степеней точности U и М, а также заготовок пластин. Области применения этих сплавов аналогичны областям использования двухкарбидных твердых сплавов при безударных нагрузках. Применяется для Чистового точения с малым сечением среза, окончательного нарезания резьбы, развертывания отверстий и других аналогичных видов обработки серого чугуна, цветных металлов и их сплавов и неметаллических материалов (резины, фибры, пластмассы, стекла, стеклопластиков и т.д.). Резки листового стекла Чистовой обработки (точения, растачивания, нарезания резьбы, развертывания) твердых, легированных и отбеленных чугунов, цементированных и закаленных сталей, а также высокоабразивных неметаллических материалов. Чернового точения при неравномерном сечении среза чернового и чистового фрезерования, рассверливания и растачивания нормальных и глубоких отверстий, чернового зенкерования при обработке чугуна, цветных металлов и сплавов, титана и его сплавов. Чистовой и получистовой обработки твердых, легированных и отбеленных чугунов, закаленных сталей и некоторых марок нержавеющих высокопрочных и жаропрочных сталей и сплавов, особенно сплавов на основе титана, вольфрама и молибдена (точения, растачивания, развертывания, нарезания резьбы, шабровки). Получистовой обработки жаропрочных сталей и сплавов, нержавеющих сталей аустенитного класса, специальных твердых чугунов, закаленного чугуна, твердой бронзы, сплавов легких металлов, абразивных неметаллических материалов, пластмасс, бумаги, стекла. Обработки закаленных сталей, а также сырых углеродистых и легированных сталей при тонких сечениях среза на весьма малых скоростях резания. Чистового и получистового точения, растачивания, фрезерования и сверления серого и ковкого чугуна, а также отбеленного чугуна. Непрерывного точения с небольшими сечениями среза стального литья, высокопрочных, нержавеющих сталей, в том числе и закаленных. Обработки сплавов цветных металлов и некоторых марок титановых сплавов при резании с малыми и средними сечениями среза. Чернового и получернового точения, предварительного нарезания резьбы токарными резцами, получистового фрезерования сплошных поверхностей, рассверливания и растачивания отверстий, зенкерования серого чугуна, цветных металлов и их сплавов и неметаллических материалов. Чернового течения при неравномерном сечении среза и прерывистом резании, строгании, чернового фрезерования, сверления, чернового рассверливания, чернового зенкерования серого чугуна, цветных металлов и их сплавов и неметаллических материалов. Обработки нержавеющих, высокопрочных и жаропрочных труднообрабатываемых сталей и сплавов, в том числе сплавов титана. Черновой и получерновой обработки твердых, легированных и отбеленных чугунов, некоторых марок нержавеющих, высокопрочных и жаропрочных сталей и сплавов, особенно сплавов на основе титана, вольфрама и молибдена. Изготовления некоторых видов монолитного инструмента. Сверления, зенкерования, развертывания, фрезерования и зубофрезерования стали, чугуна, некоторых труднообрабатываемых материалов и неметаллов цельнотвердосплавным, мелкоразмерным инструментом. Режущего инструмента для обработки дерева. Чистового точения с малым сечением среза (т па алмазной обработки); нарезания резьбы и развертывания отверстий незакаленных и закаленных углеродистых сталей. Получернового точения при непрерывном резании, чистового точения при прерывистом резании, нарезания резьбы токарными резцами и вращающимися головками, получистового и чистового фрезерования сплошных поверхностей, рассверливания и растачивания предварительно обработанных отверстий, чистового зенкерования, развертывания и других аналогичных видов обработки углеродистых и легированных сталей. Чернового точения при неравномерном сечении среза и непрерывном резании, получистового и чистового точения при прерывистом резании; чернового фрезерования сплошных поверхностей; рассверливания литых и кованых отверстий, чернового зенкерования и других подобных видов обработки углеродистых и легированных сталей. Чернового точения при неравномерном сечении среза и прерывистом резании, фасонного точения, отрезки токарными резцами; чистового строгания; чернового фрезерования прерывистые поверхностей и других видов обработки углеродистых и легированных сталей, преимущественно в виде поковок, штамповок и отливок по корке и окалине. Тяжелого чернового точения стальных поковок, штамповок и отливок по корке с раковинами при наличии песка, шлака и различных неметаллических включении, при неравномерном сечении среза и наличии ударов. Всех видов строгания углеродистых и легированных сталей. Тяжелого чернового точения стальных поковок, штамповок и отливок по корке с раковинами при наличии песка, шлака и различных неметаллических включений при равномерном сечении среза и наличии ударов. Всех видов строгания углеродистых и легированных сталей. Тяжелого чернового фрезерования и углеродистых и легированных сталей. Черновой и получистовой обработки некоторых марок труднообрабатываемых материалов, нержавеющих сталей аустенитного класса, маломагнитных сталей и жаропрочных сталей и сплавов, в том числе титановых. Фрезерования стали, особенно фрезерования глубоких пазов и других видов обработки, предъявляющих повышенные требования к сопротивлению сплава тепловыми механическим циклическим нагрузкам. 8.4. Минералокерамика (ГОСТ 26630-75) и сверхтвердые материалы Минералокерамические инструментальные материалы обладают высокой твердостью, тепло- и износостойкостью. Их основой являются глинозем (оксид кремния)- оксидная керамика или смесь оксида кремния с карбидами, нитридами и другими соединениями (керметы). Основные характеристики и области применения различных марок минералокерамики приведены в таблице. Формы и размеры сменных многогранных керамических пластин определены стандартом ГОСТ 25003-81*. Кроме традиционных марок оксидной керамики и керметов широко применяются оксидно-нитридная керамика (например, керамика марки "кортинит" (смесь корунда или оксида алюминия с нитридом титана) и нитридно-кремниевая керамика- "силинит-Р" . Физико-механические свойства инструментальной керамики Обрабатываемый материал Твёрдость Марка керамики Чугун серый ВО-13, ВШ-75, ЦМ-332 Чугун ковкий ВШ-75, ВО-13 Чугун отбеленный ВОК-60, ОНТ-20, В-3 Сталь конструкционная углеродистая ВО-13, ВШ-75, ЦМ-332 Сталь конструкционная легированная ВО-13, ВШ-75, ЦМ-332 Сталь улучшенная ВШ-75, ВО-13, ВОК-60 Силинит-Р Сталь цементуемая закалённая ВОК-60,ОНТ-20, В-3 ВОК-60, В-3, ОНТ-20 Медные сплавы Никелевые сплавы Силинит-Р, ОНТ-20 Синтетические сверхтвердые материалы изготавливаются либо на основе кубического нитрида бора - КНБ, либо на основе алмазов. Материалы группы КНБ обладают высокой твердостью, износостойкостью, низким коэффициентом трения и инертностью к железу. Основные характеристики и эффективные области использования приведены в таблице. Физико-механические свойства СТМ на основе КНБ В последнее время к этой группе относятся и материалы, содержащие композицию Si-Al-O-N (торговая марка "сиалон"), в основе которых нитрид кремния Si3N4. Синтетические материалы поставляются в виде заготовок или готовых сменных пластин. На основе синтетических алмазов известны такие марки, как АСБ - алмаз синтетический "баллас", АСПК - алмаз синтетический "карбонадо" и другие. Достоинства этих материалов - высокая химическая и коррозионная стойкость, минимальные радиусы закругления лезвий и коэффициент трения с обрабатываемым материалом. Однако, алмазы имеют существенные недостатки: низкая прочность на изгиб (210-480 МПа); химическая активность к некоторым жирам содержащимся в охлаждающей жидкости; растворение в железе при температурах 750-800 С, что практически исключает возможность их использования для обработки сталей и чугуна. В основном, поликристаллические искусственные алмазы применяются для обработки алюминия, меди и сплавов на их основе. Назначение СТМ на основе кубического нитрида бора Марка материала Область применения Композит 01 (Эльбор Р) Тонкое и чистовое точение без удара и торцовое фрезерование закалённых сталей и чугунов любой твёрдости, твёрдых сплавов (Co=> 15%) Композит 03 (Исмит) Чистовая и получистовая обработка закалённых сталей и чугунов любой твёрдости Композит 05 Предварительное и окончательное точение без удара закалённых сталей (HRC э <= 55) и серого чугуна, торцовое фрезерование чугуна Композит 06 Чистовое точение закалённых сталей (HRC э <= 63) Композит 10 (Гексанит Р) Предварительное и окончательное точение с ударом и без удара, торцовое фрезерование сталей и чугунов любой твёрдости, твёрдых сплавов (Co=> 15%), прерывистое точение, обработка наплавленных деталей. Черновое, получерновое и чистовое точение и фрезерование чугунов любой твёрдости, точение и растачивание сталей и сплавов на основе меди, резание по литейной корке Композит 10Д Предварительное и окончательное точение, в том числе с ударом, закалённых сталей и чугунов любой твёрдости, износостойких плазменных наплавок, торцовое фрезерование закалённых сталей и чугунов.