Из какого вида стали изготавливают режущий инструмент

Из какого вида стали изготавливают режущий инструмент

По назначению инструментальные стали делятся на стали для режущего, штамповогои измерительного инструментов. Кроме того, для изготовления режущего инструмента, особенно при скоростной обработке, широко применяют твердые сплавы.

Стали для режущего инструмента

1. Требования к сталям

Режущий инструмент работает в условиях длительного контакта и трения с обрабатываемым металлом. В процессе эксплуатации должны сохраняться неизменными конфигурации и свойства режу­щей кромки. Материал для изготовления режущего инструмента должен обладать высокой твердостью (ИКС ^ 60—62) и износо­стойкостью, т. е. способностью длительное время сохранять ре­жущие свойства кромки в условиях трения.

Чем больше твердость обрабатываемых материалов, толще стружка и выше скорость резания, тем больше энергия, затрачи­ваемая на процесс обработки резанием. Механическая энергия переходит в тепловую. Выделяющееся тепло нагревает резец, деталь, стружку и частично рассеивается. Поэтому основным требованием, предъявляемым к инструментальным материалам, является высокая теплостойкость, т. е. способность сохранять твердость и режущие свойства при длительном нагреве в процессе работы. По теплостойкости различают три группы инструменталь­ных сталей для режущего инструмента: нетеплостойкие, полу­теплостойкие и теплостойкие.

При нагреве до 200—300 °С нетеплостойких сталей в процессе резания углерод выделяется из мартенсита закалки и начинается коагуляция карбидов цементитного типа. Это приводит к потере твердости и износостойкости режущего инструмента. К нетепло­стойким относятся углеродистые и низколегированные стали. Полутеплостойкие стали, к которым относятся некоторые средне-легированные стали, например 9Х5ВФ, сохраняют твердость до температур 300—500 °С. Теплостойкие стали сохраняют твер­дость и износостойкость при нагреве до температур 600 °С.

Углеродистые и низколегированные стали имеют сравнительно низкую теплостойкость и невысокую прокаливаемость, поэтому их используют для более легких условий работы при малых скоростях резания. Быстрорежущие стали, имеющие более высо­кую теплостойкость и прокаливаемость, применяют для более тяжелых условий работы. Еще более высокие скорости резания допускают твердые сплавы и керамические материалы. Из суще­ствующих материалов наибольшей теплостойкостью обладает нитрид бора — эльбор, Эльбор позволяет обрабатывать материалы высокой твердости, например закаленную сталь, при высоких скоростях.

2. Углеродистые стали

Углеродистые инструментальные стали маркируются буквой У, а следующая за ней цифра показывает содержание углерода в де­сятых долях процента. Для изготовления инструмента применяют углеродистые качественные стали марок У7-— У13 и высококаче­ственные стали марок У7А—У13А. Высококачественные стали содержат не более 0,02 % серы и фосфора, качественные — не более 0,03 %.
По назначению различают углеродистые стали для работы при ударных нагрузках и для статически нагруженного инструмента.
Стали марок У7—У9 применяют для изготовления инстру­мента при работе с ударными нагрузками, от которого требуется высока
я режущая способность (зубила, клейма по металлу, де­ревообделочный инструмент, в частности пилы, топоры и т. д.).
Стали марок У10—У13 идут на изготовление режущего ин­струмента, не испытывающего при работе толчков, ударов и обладающего высокой твердостью (напильники, шаберы, острый хирургический инструмент и т. п.). Из стали этих марок иногда изготавливают также простые штампы холодного деформиро­вания.
Углеродистые доэвтектоидные стали после горячей пластиче­ской обработки <ковки или прокатки) и последующего охлажде­ния на воздухе имеют структуру, состоящую из пластинчатою перлита и небольшого количества феррита, а заэвтектоидные стали — пластинчатого перлита и избыточного цементита, кото­рый обычно образует сплошную или прерывистую сетку но гра­ницам бывших зерен аустенита.
Термическая обработка углеродистых инструментальных ста­лей состоит из двух операций: предварительной и окончательной обработок.
Предварительная термическая обработка сталей заключается в отжиге при 740—760 °С, цель которого — получить микрострук­туру, состоящую из зернистого перлита — псевдоперлита, так как при такой микроструктуре после последующей закалки полу­чаются наиболее однородные свойства. Кроме того, при такой структуре облегчается механическая обработка инструмента.
Окончательная термическая обработка состоит из закалки и низкого отпуска. Закалку проводят в воде от 780—810 °С, т. е, с температур, для доэвтектоидных сталей лежащих несколько выше Лс3, а для заэвтектоидных — лежащих ниже Аст.

Углеродистые стали имеют очень высокую критическую ско­рость закалки — порядка 200—300 °С/с. Поэтому недопустимо даже малейшее замедление охлаждения при закалке, так как это может привести к частичному распаду аустенита при темпе­ратурах перлитного интервала и, как следствие, к появлению мягких пятен. Особенно быстро протекает распад аустенита в уг­леродистых сталях при температурах, близких к 500—550 °С, где он начинается почти мгновенно, протекает чрезвычайно ин­тенсивно и в течение нескольких секунд полностью заканчива­ется.
Поэтому только инструменты малого диаметра могут после закалки в воде прокаливаться насквозь. Однако при этом в них возникают большие внутренние напряжения, которые могут вы­звать существенные деформации.
Инструменты, имеющие крупные размеры, при закалке в воде и в водных растворах солей, кислот и щелочей, охлаждающая способность которых выше, чем воды, закаливаются на мартенсит лишь в тонком поверхностном слое. Структура же глубинных зон инструментов представляет собой продукты распада аустенита в перлитном интервале температур. Сердцевина инструментов, имеющая такую структуру, является менее хрупкой по сравне­нию с мартенситной структурой. Поэтому инструменты, имеющие такую сердцевину, лучше переносят толчки и удары по сравнению с инструментами, закаленными насквозь на мартенсит.
Углеродистые стали наиболее целесообразно применять для инструментов небольшого сечения (до 5 мм), которые можно зака­ливать в масле и достигать при этом сквозной прокаливаемости, а также для инструментов диаметром или наименьшей толщиной 18—25 мм, в которых режущая часть приходится только на по­верхностный слой, например напильники, зенкера, метчики.
Углеродистые инструментальные стали отпускают при тем­пературах не более 200 °С во избежание снижения твердости. Твердость окончательно термически обработанного инструмен­та из углеродистых сталей обычно лежит в интервале НВ.С 56—64.
Достоинствами углеродистых инструментальных сталей яв­ляются низкая стоимость, хорошая обрабатываемость давлением и резанием в отожженном состоянии.
Их недостатками являются невысокие скорости резания, ограниченные размеры инструмента из-за низкой прокаливаемо-сти и его значительные деформации после закалки в воде.

3. Легированные стали

Низколегированные стали для режущего инструмента (13Х, 9ХС) также не обладают высокой теплостойкостью и обычно при­годны для работы при температурах не более 200 — 250

Источник: aliansmetall.ru

Материалы для изготовления режущих инструментов

Материалы для режущих инструментов должны удовлетворять следующим требованиям:

· Иметь высокую твердость. Твердость инструмента должна превышать твердость обрабатываемого материала.

· Иметь достаточный уровень прочности (на изгиб, сжатие, циклическое нагружение) и ударной вязкости.

· Иметь высокую теплостойкость. Теплостойкость – свойство (способность) материала сохранять свою твердость, а следовательно, и режущие свойства при нагреве.

· Иметь высокую износостойкость и высокую теплопроводность. Чем больше теплопроводность, тем меньше опасность возникновения шлифовочных прижогов и трещин на лезвиях инструмента при заточке, тем меньше температура резания и больше износостойкость.

Режущие инструменты не следует целиком изготавливать из дорогих и дефицитных материалов, поскольку это неэкономично.

К основным инструментальным материалам относятся стали, твердые сплавы, керамические материалы, алмазы, синтетические сверхтвердые материалы.

Инструментальные стали. В качестве материала для станочного режущего инструмента применяются быстрорежущие стали. Это высокоуглеродистые стали с высоким содержанием вольфрама. Теплостойкость быстрорежущих сталей около 600 о С и они могут работать со скоростями резания до 100 м/мин, что во многих случаях недостаточно. Поэтому в настоящее время более широкое применение имеют твёрдые сплавы.

Твердые сплавы получают прессованием и спеканием (при 1500 – 1900 о С) порошков твердых тугоплавких карбидов WC, TiС и TaC с порошком кобальта, играющего роль пластичной связки. Таким способом из них изготавливают режущие пластинки различной формы, которые припаиваются или крепятся механическим способом к державкам или корпусам инструментов из обычных сталей (45, 50, 40Х и др.). Теплостойкость твёрдых сплавов – 900…1000 о С. Допустимые скорости резания до 800 м/мин. Твердость 85…92HRА (74…76HRC).

Различают три группы твёрдых сплавов:

· вольфрамовые твердые сплавы (WC+Co), например марки BK2, BK3, BK4, BK6, BK8 (число после буквы К означает содержание кобальта в процентах по массе, остальное – карбид вольфрама).

· титано-вольфрамовые (WC+TiC+Co), например T30K4, T15K6, T14K8, T5K10 (число после буквы К означает содержание кобальта, после буквы Т – TiC (масс. %), остальное WC).

· титано-тантало-вольфрамовые (WC+TiC+TaC+Co), например, TT7K12, TT10K8, TT7K15 (число после буквы К означает содержание кобальта, после букв ТТ – общее содержание карбидов титана и тантала (масс. %), остальное WC) .

Твердые сплавы имеют низкую пластичность. При возрастании содержания кобальта прочность и вязкость повышаются, а износостойкость и твердость сплава понижаются. Наибольшей прочностью, но наименьшей теплостойкостью (750 о С) обладает трехкарбидные сплавы, их применяют при резании с ударами, большими сечениями срезаемого слоя. Наивысшую твердость и теплостойкость (до 900 о С) имеют двухкарбидные сплавы; двухкарбидные сплавы применяются при обработке высоколегированных сталей, имеющих низкую теплопроводность. В последнее время большое внимание уделяется разработке новых твердых сплавов, не содержащих карбидов вольфрама. В таких сплавах карбиды вольфрама заменены карбидами титана с добавками молибдена, никеля и других тугоплавких металлов.

Керамические инструментальные материалы не содержат дорогостоящих и дефицитных компонентов. Основа керамики – корунд Al2O3 (технический глинозем) – минерал кристаллического строения. Получают корунд из порошка глинозема в электропечах при температуре 1720…1750 о С спеканием, отсюда название «электрокорунд». Из кристаллов электрокорунда изготавливают стандартные керамические пластины белого цвета. Белый цвет имеют кристаллы электрокорунда свободного от примесей. Примеси химических элементов придают электрокорундам различные цветовые оттенки.

Преимущества оксидной керамики:

1. Высокая твердость (90…94HRA);

2. Высокая теплостойкость (1200 о С);

3. Малое сродство с металлами исключает адгезионное взаимодействие с обрабатываемым материалом, следовательно получается меньшая шероховатость обработанной поверхности.

1. Высокая хрупкость (низкая ударная вязкость: 0,5…1,2 Дж/см 2 );

2. Плохая сопротивляемость циклическим изменениям тепловой нагрузки.

Инструменты из оксидной керамики используют при чистовой и получистовой обработке заготовок из отбеленных чугунов, труднообрабатываемых сталей, некоторых цветных и неметаллических материалов в условиях безударной нагрузки, без охлаждения и при повышенной жесткости системы СПИД (станок – приспособление – инструмент – деталь). Наибольшее применение получила минералокерамика ЦМ-332 (микролит) и ВО-13. Для повышения эксплуатационных свойств в минерралокерамику добавляют W, Mo, B, Ti, Ni, и т.п. Такие материалы называют керметами.

Читать еще:  Как правильно подключить преобразователь 12 220

Алмазы и синтетические сверхтвердые материалы. Алмаз – самый твердый из известных инструментальных материалов, представляет собой одну из аллотропных модификаций углерода.

1. Высокая износостойкость;

2. Хорошая теплопроводность;

3. Небольшой коэффициент трения;

4. Малая адгезионная способность к металлам (за исключением сплавов Fe-C).

1. Низкая теплопроводность (при температурах, превышающих 700…800 о С алмаз графитизируется);

2. Большая анизотропия механических свойств (твердость и прочность в зависимости от направления действия силы на кристалл изменяются в сотни раз), что необходимо учитывать при изготовлении лезвийного инструмента.

3. Высокая стоимость и дефицитность;

4. Высокая хрупкость.

Синтетические алмазы получают путем перевода углерода в другую полиморфную модификацию в условиях высоких температур (до 2500 о С) и давлений (до 1000 ГПа). Синтетические алмазы выпускают следующих марок: АСБ – баллас (АСБ-5, АСБ-6); АСПК – карбонадо (АСПК-1, АСПК-2, АСПК-3). Указанные марки алмазов изотропны вследствие поликристаллического строения, обладают сравнительно высокой прочностью при ударах.

В режущих инструментах применяют кристаллы алмаза весом 0,3…0,8 карат (1 карат = 0,2 г) которые закрепляются в инструменте механически или при помощи пайки. Наиболее широко алмазный инструмент применяется при тонком точении и растачивании деталей из алюминия, бронз, латуней, неметаллических материалов: обработанная поверхность отличается низкой шероховатостью.

В последние годы широкое распространение получил синтетический сверхтвердый материал на основе кубического нитрида бора (КНБ). КНБ получают синтезом при температурах 1360 – 2000 о С и давлении 6000 – 9000 МПа из гексагонального нитрида бора, имеющего близкие к графиту характеристики.

1. Очень высокая твердость (9000HV) (уступает только алмазу);

2. Самая высокая теплопроводность (до 1600 о С);

3. Химически инертен к железо-углеродистым сплавам.

На основе плотных модификаций КНБ создан ряд инструментальных материалов, называемых композитами. Различают композиты с массовой долей КНБ более 95% и композиты с массовой долей КНБ около 75%.

Композиты с массовой долей КНБ более 95%: эльбор Р (композит 01), бельбор (композит 02), гексанит (композит 10) и др. Изготавливаются в виде цилиндрических столбиков диаметром 4…6 мм и высотой 3…6 мм, закрепляемые в державке режущего инструмента.

В композитах с массовой долей КНБ 75% присутствуют добавки Al3O3 и др. материалов. К ним относятся композит 05 (КНБ + Al3O3), композит 09 (поликристаллы твердого нитрида бора), которым оснащаются инструменты, работающие с ударами.

Из вновь разрабатываемых материалов перспективным является силинит-Р (материал на основе нитрида кремния), который обладает более высокими прочностью, ударной вязкостью и теплопроводностью, чем инструменты из минералокерамики, не содержит дефицитных материалов, не склонен к адгезии по отношению к большинству сталей, сплавов на основе меди, алюминия.

Не нашли то, что искали? Воспользуйтесь поиском:

Лучшие изречения: Только сон приблежает студента к концу лекции. А чужой храп его отдаляет. 8774 — | 7504 — или читать все.

188.64.173.93 © studopedia.ru Не является автором материалов, которые размещены. Но предоставляет возможность бесплатного использования. Есть нарушение авторского права? Напишите нам | Обратная связь.

Отключите adBlock!
и обновите страницу (F5)

очень нужно

Источник: studopedia.ru

1.9. Материалы, используемые для изготовления инструмента

К материалам, используемым для изготовления инструментов, предъявляются следующие требования:

  • • высокая твердость, превышающая твердость обрабатываемого материала, — чтобы инструмент мог врезаться в заготовку и срезать слой металла;
  • • высокая прочность — чтобы выдержать давление силы, с которой обрабатываемый материал давит на переднюю поверхность инструмента;
  • • вязкость — чтобы режущая часть инструмента не выкрашивалась, испытывая ударные нагрузки;
  • • высокая износостойкость — чтобы поверхности резца быстро не изнашивались из-за трения с обрабатываемой заготовкой и стружкой;
  • • теплостойкость — чтобы режущая часть инструмента сохраняла режущие свойства при высокой температуре.

Режущий инструмент изготавливают из инструментальных стаде и. Используют углеродистые инструментальные стали марок У7, У8, У9, У10, У11, У12, У13. Буква У указывает на то, что сталь углеродистая, а цифры показывают среднее содержание углерода в десятых долях процента. Инструментальные стали повышенного качества, имеющие минимальное количество вредных примесей, отмечают буквой А в конце марки: У10А, У8А и т.д.

Углеродистая инструментальная сталь обладает низкими режущими свойствами. Режущие инструменты, изготовленные из такой стали, позволяют вести обработку при температуре в зоне резания до 200-250 °С и при скоростях резания в пределах 10. 15 м/мин.

Легированная инструментальная сталь по химическому составу отличается от углеродистой инструментальной стали лишь наличием одного или нескольких легирующих элементов: хрома, вольфрама, молибдена, ванадия. Чаще всего применяют следующие марки сталей: ХГ, ХГ5, 9ХС и ХВГ. Легированная инструментальная сталь обладает более высокими режущими свойствами, чем углеродистая, позволяет вести обработку при температуре в зоне резания 300-350 °С, со скоростью резания до 20-25 м/мин.

Быстрорежущая инструментальная сталь, в отличие от углеродистой и легированной инструментальной стали, обладает большим сопротивлением износу и большой теплостойкостью. Она обладает красностойкостью, т.е. не теряет своих свойств при температуре красного каления (550-600 °С).

На свойства быстрорежущих сталей оказывают влияние нижеследующие легирующие элементы.

Вольфрам В придает стали высокую твердость, износостойкость и теплостойкость. Сталь Р6М5 содержит 6% вольфрама, 5% молибдена, хорошо шлифуется и закаливается, обладает по сравнению с углеродистыми и легированными сталями высокой теплостойкостью (до 620 °С), пониженной, но вполне приемлемой прочностью и теплопроводностью и поэтому принимается за эталонную.

Молибден М является химическим аналогом вольфрама, но более сильнодействующим. Он обеспечивает стали почти ту же (немного ниже) теплостойкость, что и вольфрам, при соотношении по весу М : Ф = 1,5. Кроме того, он придает стали более высокую пластичность в горячем состоянии (сталь лучше куется), повышенную теплопроводность, меньшую карбидную неоднородность, повышенную прочность (при содержании его в стали до 5%), увеличивает интервал закалочных температур, но повышает склонность к обезуглероживанию при нагреве под закалку.

Ванадий Ф сообщает стали повышенную твердость (до 67 НЯС), способствует повышению теплостойкости (до 635 °С), но одновременно повышает хрупкость стали, понижает прочность и теплопроводность. Большим недостатком ванадиевых сталей является их плохая шлифуемость, ухудшающаяся с увеличением содержания твердых и малотеплопроводных карбидов ванадия.

Кобальт К в противоположность вольфраму, ванадию, молибдену и хрому образует в стали не карбиды, а мелкодисперсные интерметаллиды, сильно увеличивающие твердость (до 68 НЛС) и теплостойкость (до 670 °С) стали.

Следовательно, быстрорежущая сталь легирована вольфрамом, хромом, ванадием и другими химическими элементами. Содержание углерода в быстрорежущей стали 0,7-1,5%. Вольфрам и хром образуют с углеродом карбиды. Карбиды вольфрама придают стали высокую твердость, карбиды ванадия и кобальт сообщают ей красностойкость.

Установлены единые условные обозначения химического состава стали (из букв и цифр). Первые две цифры показывают среднее содержание углерода в сотых долях процента, буквами обозначают легирующие элементы (В — вольфрам, Ф — ванадий, К — кобальт, М — молибден и т.д.), а цифрами справа от буквы — их среднее содержание (в процентах). Буквой Р обозначают быстрорежущую сталь.

В настоящее время для изготовления всех видов режущего инструмента при обработке обычных конструкционных материалов чаще всего используют сталь марки Р6М5.

Для обработки высокопрочных нержавеющих сталей и сплавов в условиях повышенного разогрева режущих кромок, а также для обработки сталей и сплавов повышенной твердости и вязкости при работе с ударами применяют следующие марки стали: Р18К5Ф2, Р9К5, Р6М5К5, Р9М4К8 и др.

Наряду с инструментальными сталями для изготовления режущей части инструментов используют твердые спеченные сплавы , которые допускают работу со скоростями резания, превышающими в 5-10 раз скорости обработки быстрорежущими инструментальными сталями и не теряющими режущих свойств при температуре 800 °С и выше. Твердые сплавы состоят из карбидов вольфрама, титана или тантала и кобальта, связывающего эти вещества. Различают:

  • вольфрамовые сплавы ВК8, ВК6, ВКЗ-М и др. В них цифра после буквы К указывает содержание кобальта в процентах, а остальное — карбид вольфрама в процентах. Вольфрамовые сплавы применяют для обработки хрупких материалов: чугуна, бронзы, закаленной стали, пластмасс;
  • титано-вольфрамовые сплавы Т5К10, Т14К8, Т15К6, Т30К4 и др. Цифры после букв указывают процентное содержание в сплаве кобальта и карбида титана, а остальное — карбид вольфрама. Например, сплав Т14К8 состоит из 14% карбида титана, 8% кобальта и 78% карбида вольфрама. Твердые сплавы титановольфрамовой группы предназначены главным образом для обработки сталей;

титано-вопьфрамо-тантаповые сплавы ТТ7К12, ТТ10К8-Б, состоящие из карбидов вольфрама, титана, тантала и кобальта. Эти сплавы характеризуются высокой прочностью и используются для обработки заготовок с тяжелой ударной нагрузкой.

Режущую часть инструментов могут оснащать сплавами минеральной керамики, которые изготавливают на основе оксида алюминия АЦО, (корунда) путем тонкого размола, прессования и спекания. Выпускают их, как и твердые сплавы, в виде пластинок стандартных форм и размеров. В настоящее время промышленное применение имеют две марки минеральной керамики: ЦМ-322 и ВЗ. Минеральная керамика марки ВЗ обладает большей прочностью по сравнению с минералокера- микой марки ЦМ-322 в 1,5-2 раза. В состав минералокерами- ки марки ВЗ помимо оксида алюминия входят сложные карбиды тугоплавких металлов.

Минералокерамические пластинки обладают большей теплостойкостью и износостойкостью, чем некоторые твердые сплавы. Однако они имеют пониженную прочность и повышенную хрупкость. По сравнению с твердыми сплавами минерало- керамика находит применение при чистовом и тонком точении.

Читать еще:  Как уменьшить обороты электродвигателя 12 вольт

Сверхтвердые м а те риалы (СТМ) являются поли- кристаллическим образованием на основе кубического нитрида бора. В эту группу входят композит 01 (эльбор-Р), композит 05 и композит 10 (гексанит-Р), ПТНБ (поликристалл твердого нитрида бора) и др.

Сверхтвердые материалы значительно превосходят мине- ралокерамику и твердые сплавы по термоусталостной прочности. Эльбор-Р, гексанит-Р, ПТНБ и другие применяют для оснащения резцов.

Сверхтвердые материалы для металлического инструмента выпускаются в виде цилиндрических вставок диаметром от 4 до 8 мм и длиной от 4 до 8 мм.

Сверхтвердые материалы на основе нитрида бора химически инертны к черным металлам.

Сверхтвердые материалы применяются для обработки сталей, чугунов, ряда труднообрабатываемых сплавов.

Синтетические алмаз ы (типа «карбонадо» и «бал- лас») выпускаются в виде порошков и кристаллов. Являются самыми твердыми из инструментальных материалов.

Алмазы применяются для обработки цветных металлов, титановых сплавов, стеклопластиков и др. Для обработки сверхтвердых материалов можно применять только алмазы, которые превосходят их по твердости.

Во многих областях машиностроения, в частности в аэрокосмической и автомобильной промышленности, потребность в более высокой функциональности и надежности режущих инструментов приводит к тому, что все чаще применяются материалы, сделанные специально для получения определенных свойств.

Концепция сплавов и свойства материалов. Наименованием «твердый металл» сегодня обозначают сплавы, которые изготавливаются в порошковой металлургии из металлических твердых материалов (в первую очередь, карбидов) и из вязких металлов группы сталей, так называемых связующих металлов. Важнейшую роль в качестве носителя твердости в области металлических твердых материалов играет здесь карбид вольфрама (ФК). В технике обработки резанием довольно большое значение имеют также добавки карбида титана (ТК) и карбида тантала (ТТК) или карбида ниобия (ЫЬК) для улучшения термической устойчивости и замедления диффузии.

В качестве связующего металла с успехом применяется кобальт К. В последние годы были сверх того разработаны многочисленные новые сплавы с целью улучшения определенных свойств, как, например, твердости, прочности при сжатии и изгибе, модуля упругости и др.

Особо мелкозернистые твердые сплавы. Наиболее важной новейшей разработкой для повышения твердости у твердых сплавов ФК-К являются особо и ультра- мелкозернистые твердые сплавы с зернами ФК размером от 0,8 мкм или 0,5 мкм и содержанием Со 6-16% по массе. Производство высококачественных ультрамелкозернистых сплавов стало, правда, возможным только потому, что одновременно с ним производителями материалов были разработаны порошковые материалы соответствующего размера, формы зерен и распределения зерен по крупности. Сегодня могут выдерживаться также и высокие требования к чистоте предшествующих веществ, стандартных порошковых материалов ФК, ВК и К в сравнении с порошковым сырьем, которое было разработано специально для ультрамелкозернистых сплавов.

Порошкообразный материал ФК преимущественно производится традиционным путем редукции паравольфрамата аммония, оксида аммония или кислоты аммония, последующего смешивания вольфрамовой стали с углеродом и карбюрации смеси под водородом при 1400 °С и 2000 °С. Самые мелкозернистые виды порошков, изготовленных таким образом, имеют при рассматривании под растровым электронным микроскопом размер зерен около 0,2 мкм. Возможность дальнейшего уменьшения размера зерен заключается в прямой карбюрации Ш03 и С.

Градиентные твердые сплавы. Применение твердых сплавов часто требует многообразной функциональности материала. Если в одном месте, например, поверхность инструмента подвержена износу, другие места подвержены изгибу, давлению и т.д. Эта проблема привела к разработке так называемых градиентных твердых сплавов, или материалов с функционально переменной структурой РОМ на основе ФК-К с добавками ТК или ТТК, у которых состав или микроструктура локально различается. Эта концепция позволяет производство твердых сплавов с контролируемыми вариациями структурных, термических и функциональных свойств. Возникающие при охлаждении расплава спекания напряжения ввиду разности термических коэффициентов расширения отдельных компонентов могут очень хорошо затухать из-за последовательных переходов в микроструктуре.

Керметы. Возрастающие требования к подходящим материалам режущих кромок для сухой обработки дали новый импульс развитию керметов. Керметы, в принципе, имеют такую же структуру, как и обычные твердые сплавы. Они содержат различные твердые частицы в связующей матрице из К и N. Высокопрочные компоненты состоят не из ФК и (Т, ТТ, Ф)К, а из карбо-нитридов титана Т с различным содержанием ТТ, Ф и при необходимости М.

В структуре обычных твердых сплавов смешанные карбиды титана присутствуют в круглой форме, карбиды вольфрама — в многогранной форме. Структура керметов имеет исключительно круглую форму зерен карбонитритов титана, причем для этих частиц твердых материалов характерна ядерно-перифе- рийная структура. Вязкость современных керметов, содержащих азот, сопоставима с обычными Р-твердыми сплавами. Поистине выдающейся является неокисляемость керметов.

Твердые сплавы с покрытием. Техника нанесения покрытий сегодня располагает различными способами. С точки зрения техники процесса для них характерны такие параметры, как способ осаждения, температура и давление. Возможные многослойные материалы различаются по твердости, неокисляемости и коэффициенту трения и в соответствии с этим имеют предпочтительные области применения. При высоких температурах процесса технологии СУО (1000-1100 °С) из-за напряжения натяжения в слое ухудшается вязкость твердога сплава. С другой стороны, покрытие методом СУБ позволяет осаждение очень толстых слоев. Технологическими методами нанесения покрытий (РУЭ и плазменным СУБ), протекающими при более низких температурах (400-500 °С), твердые сплавы, напротив, могут быть покрыты без потерь вязкости.

  • 1. Какие требования предъявляются материалам, используемым для изготовления инструмента?
  • 2. Какова область применения твердых сплавов для токарной обработки?
  • 3. Какие сплавы применяют дтя обработки хрупких материалов?
  • 4. Чем отличаются легированные стали от углеродистых?
  • 5. Какими свойствами обладают минералокерамические пластинки?
  • 6. Какие марки быстрорежущих сталей применяются для обработки высокопрочных нержавеющих сталей?

Источник: ozlib.com

Материалы для режущих инструментов

Материалы для режущих инструментов.

Твердость материала, из которого изготовлен инструмент, должна превышать твердость обрабатываемого материала. В связи с тем, что на рабочую часть инструмента действуют значительные силы резания, создающие деформации изгиба, инструментальный материал должен обладать прочностью. На твердость и прочность инструментального материала существенное влияние оказывает соотношение легирующих компонентов и углерода, входящих в их состав в виде карбидов. С увеличением количества карбидов и уменьшением их зернистости твердость и износостойкость инструмента повышается, а прочность понижается.

Теплостойкость инструмента определяется температурой, выше которой снижается твердость и возрастает износ.

Износостойкость инструмента характеризуется сопротивляемостью инструмента истиранию под действием сил трения, возникающих в процессах резания.

Теплопроводность инструмента определяется способностью его отводить возникающее в процессах резания тепло от режущих граней инструмента. Чем выше теплопроводность, тем лучше отводится тепло от режущих кромок, благодаря чему повышается стойкость инструмента.

Адгезионная способность инструментального и обрабатываемого материала характеризуется температурой, при которой происходит налипание обрабатываемого материала на режущие грани инструмента. Она зависит от молекулярных сил, развивающихся при высоких температурах и давлениях в точках контакта режущего инструмента с обрабатываемой поверхностью. Чем выше температура налипания обрабатываемого материала на инструмент, тем качественней должен быть материал, из которого инструмент изготовлен.

Инструментальные стали.

Инструментальные стали делят на:

Углеродистые инструментальные стали.

Для того, чтобы изготовить режущий инструмент применяют углеродистые стали марки У10А, У11А, У12А и У13А. Буква У означает, что сталь углеродистая инструментальная. Число после буквы указывает, сколько примерно углерода в десятых долях процента содержится в данной стали.

Если в конце названия марки стали есть буква А, то это говорит о том, что сталь относится к группе высококачественных (У10А; У12А).

После закалки и отпуска твердость инструмента из этих сталей составляет HRC 60—64. Однако при нагреве до температуры свыше 220—250°С твердость инструмента резко снижается. Поэтому в настоящее время на токарных станках такой инструмент используется только на работах, связанных с невысокими скоростями резания (некоторые типы метчиков, зенкеров и разверток).

Легированные инструментальные стали.

Легированные инструментальные стали — это такие, в состав которых с целью повышения физико-механических свойств вводятся специальные примеси (легирующие элементы).

При введении хрома, молибдена, вольфрама, ванадия, титана и марганца твердость стали повышается, так как они образуют с углеродом простые или сложные соединения (карбиды), которые обладают высокой твердостью (особенно карбиды вольфрама и ванадия). При этом у стали сохраняется достаточная вязкость. Никель, кобальт, алюминий, медь и кремний, растворяясь в железе, упрочняют сталь.

При соответствующей термообработке инструмент имеет твердость HRC 62—64 и сохраняет ее при нагреве до температуры 250—300°С. Зенкера, развертки, метчики, протяжки изготовляют из сталей марок 9ХС, ХВГ и ХВ5.

Быстрорежущие инструментальные стали.

Быстрорежущие инструментальные стали — это легированные стали со значительным содержанием вольфрама, кобальта, ванадия и молибдена. Они сохраняют полученную после термообработки твердость HRС 62 – 64 при нагреве до температуры 600°, а некоторые марки комплексно легированных сталей сохраняют свою твердость даже при нагреве до температуры 700—720°С.

Эти качества быстрорежущих сталей позволяют увеличивать в процессе обработки скорости резания в два-три раза по сравнению с инструментом, изготовленным из углеродистой и обычной легированной инструментальной стали.

Все марки быстрорежущей стали обозначаются буквой Р (Р9, Р12, Р18), число, проставленное после буквы Р, показывает среднее процентное содержание вольфрама в этой стали.

Широкое применение имеют быстрорежущие стали, содержащие 3—5% молибдена (Р6М3, Р6М5). Эти стали по прочности превосходят сталь Р18, хотя имеют несколько меньшую теплостойкость. Их обычно применяют для инструментов, работающих в условиях тяжелых силовых режимов.

При обработке легированных, жаропрочных и нержавеющих сплавов и сталей эффективно применение быстрорежущих сталей повышенной производительности, в состав которых входит ванадий и кобальт (Р10КФ5, Р18К5Ф2), или комплекснолегированных сталей (марки Р18МЗК25, Р18М7К25 и Р10М5К25). При наличии в стали 10% и более кобальта твердость ее после термообработки составляет 67—68 и сохраняется до температуры нагрева 640 – 720°С.

Быстрорежущие инструментальные стали применяются для изготовления резцов, сверл, зенкеров, разверток, метчиков, плашек и другого инструмента. .

Читать еще:  Как устроен usb кабель

Твердые сплавы.

Твердые сплавы состоят из карбидов тугоплавких металлов, которые равномерно распределены в кобальтовой связке. Их изготовляют методом прессования и спекания. Твердые сплавы имеют высокие показатели плотности и твердости, которая не снижается даже при нагреве до 800— 900°С. По составу твердые сплавы разделяются на три группы:

  • вольфрамовые;
  • титановольфрамовые;
  • титанотантало-вольфрамовые.

Основными марками твердого сплава вольфрамовой группы, применяемыми для изготовления режущего инструмента являются ВКЗ, ВКЗМ, ВК4, ВК4М, ВК6 ВК6М ВК6В, ВК8, ВК8В, ВК10. В обозначении марки твердого сплава этой группы буква В обозначает группу, буква К и число, следующее за ней — процентное содержание кобальта, являющегося связывающим металлом. Буква М обозначает, что структура сплава мелкозернистая, а буква В — что она крупнозернистая.

Твердые сплавы титановольфрамовой группы.

Твердые сплавы титановольфрамовой группы состоят из зерен твердого раствора карбида вольфрама в карбиде титана, избыточных зерен карбида вольфрама и кобальта, являющегося связкой. Основными марками сплава этой группы являются Т5К10, Т5К12, Т14К8, Т15К6. В обозначении сплавов этой группы число после буквы Т показывает процентное содержание карбида титана, а число после буквы К — содержание кобальта в процентах. Остальное в сплаве — карбиды вольфрама.

Твердые сплавы титанотанталовольфрамовой группы.

Твердые сплавы титанотанталовольфрамовой группы состоят из зерен карбидов титана, тантала, вольфрама и связки, в качестве которой также использован кобальт. Марками этой группы сплавов являются ТТ7К12, ТТ8К6, ТТ10К8Б и ТТ20К9. В обозначении этой группы сплавов число после букв ТТ показывает содержание карбидов титана и тантала, а число после буквы К — содержание кобальта в процентах.

В зависимости от содержания карбида вольфрама, карбида титана, карбида тантала и кобальта твердые сплавы имеют различные свойства. Чем больше кобальта, тем сплав более вязок и лучше сопротивляется ударной нагрузке. Поэтому для изготовления инструментов, которыми выполняют обдирочные работы, используют сплавы с большим содержанием кобальта. При обработке стали применяют твердые сплавы, содержащие карбид титана, так как на инструмент из этих сплавов стальная стружка меньше налипает.

Вольфрамокобальтовые твердые сплавы.

Согласно ГОСТ 3882 – 74 твердые сплавы группы ВК (вольфрамокобальтовые) рекомендуются для обработки хрупких материалов (чугун, бронза). Сплавы группы ТК (титановольфрамокобальтовые) рекомендуются для обработки вязких материалов (сталь, латунь). Сплавы титанотанталовольфрамовой группы применяются при неблагоприятных условиях работы инструмента с ударными нагрузками, при обработке стальных отливок и поковок.

Минералокерамические материалы.

Минералокерамические материалы для режущего инструмента изготавливают в виде пластинок из окиси алюминия Al2O3 (глинозема) методом прессования под большим давлением с последующим спеканием. Они имеют высокую твердость, температуростойкость (до 1200°С), износостойкость и достаточную прочность на сжатие. К недостаткам этих материалов относится большая хрупкость и малая ударная вязкость. Инструменты, оснащенные минералокерамикой, обычно используются при чистовой обработке при точении с постоянной нагрузкой и в случае отсутствия вибрации.

Синтетические материалы.

Синтетический алмаз характеризуется высокими твердостью и износостойкостью, химически мало активен. Имеет небольшой коэффициент трения и слабую склонность к налипанию стружек обрабатываемого материала. Недостатки алмаза его хрупкость и сравнительно низкая температуростойкость (750—850°). Алмазные резцы применяют для финишной обработки цветных металлов, сплавов и неметаллических материалов.

Кубический нитрид бора (КНБ) — синтетический сверхтвердый материал (эльбор, кубанит, гексанит) состоящий из соединений бора и азота. Твердость его несколько ниже твердости алмаза, но температуростойкость значительно выше (1200 – 1300°С). Он химически инертен к материалам, содержащим углерод, поэтому при обработке сталей и чугунов его износостойкость значительно выше износостойкости алмазов. Вставками из КНБ оснащаются токарные резцы для обработки закаленной стали и высокопрочных чугунов.

Источник: mechanicinfo.ru

Токарное дело

Материалы токарных резцов

Устройство токарного резца, движения

и элементы резания токарным резцом

Материалы токарных резцов. Основное требование, предъявляемое к материалу рабочей части резца, — это твердость, которая должна быть больше твердости любого материала, обрабатываемого данным резцом. Твердость не должна заметно уменьшаться от теплоты резания. Одновременно с этим материал резца должен быть достаточно вязким (не хрупким); режущая кромка резца не должна выкрашиваться во время работы. Материал резца должен хорошо сопротивляться истиранию, которое происходит от трения стружки о переднюю поверхность резца, а также от трения задней поверхности резца о поверхность резания.

Этим требованиям в различной степени удовлетворяют инструментальные материалы — металлокерамические твердые сплавы, минералокерамика, быстрорежущие и углеродистые стали разных марок.
Наиболее современными материалами для токарных резцов являются металлокерамические твердые сплавы, сохраняющие свои режущие свойства при нагревании в процессе работы до температуры 800—900° С. Эти сплавы состоят из тончайших зерен карбидов 1 тугоплавких металлов — вольфрама, титана и тантала, сцементированных кобальтом. Мета и локер амические твердые сплавы разделяются на три группы: вольфрамовые, титано-вольфрамовые и титано-танталовольфрамовые.

Вольфрамовые твердые сплавы предназначаются для обработки чугуна, цветных металлов и их сплавов и неметаллических материалов. Для изготовления токарных резцов используются вольфрамовые твердые сплавы марок ВК2, ВКЗМ, ВК4, В KG, ВК6М, ВК8, ВК8В. Буква В в каждой из этих марок означает Карбид вольфрама, буква К — кобальт; цифра, стоящая в марке после буквы К — указывает количество (в процентах) содержащегося в данном сплаве кобальта. Остальное — карбид вольфрама. Таким образом, например, в сплаве марки ВК2 содержится 2% кобальта и 98% карбида вольфрама.
Буква М, приведенная в конце некоторых марок, означает, что данный сплав мелкозернистый (величина зерен 0,5—1,5 мк). Буква В приписывается к марке сплава, если он крупнозернистый (величина зерен 3—5 мк).

Части конструкции резца и

элементы его головки.

Мелкозернистость сплава сообщает ему износостойкость большую износостойкости нормального сплава дайной марки, при меньшей прочности и сопротивляемости ударам, вибрациям и выкрашиванию.
Крупнозернистость сплава, наоборот, повышает его прочность и сопротивляемость ударам, вибрациям и выкрашиванию и понижает износостойкость сплава.
Титано-вольфрамовые твердые сплавы применяю- ся для обработки всех видов сталей. При токарной обработке используются сплавы марок Т5К10, Т5К12В, Т14К8, Т15К6, Т30К4. В каждой из этих марок буква Т и поставленная за ней цифра указывают количество (в процентах) содержащегося в данном сплаве карбида титана, а цифра после буквы К — содержание (в процентах) кобальта. Остальное в данном сплаве карбид вольфрама. Таким образом, например, в сплаве марки Т5КЮ содержится 5% карбида титана, 10% кобальта и 85% карбида вольфрама.
Титано-танталсзольфрамовые сплавы используются в особо тяжелых случаях обработки сталей. В настоящее время в ГОСТ введена лишь одна марка этого сплава, а именно ТТ7К12, содержание которого — 7% карбидов титана и тантала, 12% кобальта и 81% карбида вольфрама.

Металлокерамические сплавы выпускаются в виде пластинок различных форм и размеров.
В последнее время, при определенных условиях, в качестве инструментального материала находят применение минералокерамические материалы, основной частью которых является окись алюминия. В состав этих материалов не входят относительно редкие элементы: вольфрам, титан, кобальт и др. Теплостойкость резцов, оснащенных минералокерамикой, очень высокая и достигает 1200° С и более. В этом главное преимущество минералокерамических материалов в сравнении с твердыми сплавами, основными составляющими которых являются редкие и дорогие элементы и теплостойкость которых ниже. Недостатком минералокерамического сплава является его относительно небольшая и нестабильная прочность на изгиб (хрупкость). Поэтому он применяется при получистовой и чистовой обработке чугуна, стали и цветных сплавов. Минералокерамические материалы выпускаются также в виде пластинок.

плане на процесс резания.

Для изготовления токарных резцов используются быстрорежущие стали марок Р18 и Р9. Основными элементами быстрорежущей стали марки Р18, наиболее широко применяемой для изготовления резцов, являются вольфрам (17,5—19%) п хром (3,8—4,4%), сообщающие стали свойство самозакаливаемости и теплостойкости при нагревании примерно до 600° С. Углерод (0,70—0,80%), входящий в состав рассматриваемой стали, соединяясь с вольфрамом и хромом, повышает ее твердость. Кроме того, в быстрорежущей стали марки Р18 содержится небольшое количество (1,0—1.4%) ванадия.
В менее распространенной быстрорежущей стали марки Р9 содержится вольфрам <8,5—10,0%), хром (3,8— 4,4%), углерод (0,85—0,95%), ванадий (2,0—2,6%) и другие не оказывающие существенного влияния элементы.
Кроме сталей Р18 и Р9 в последние годы для изготовления токарных резцов используются быстрорежущие стали марок Р18Ф2, Р14Ф4, Р9Ф5, Р18К5Ф2, Р10К5Ф5 и Р9К9. Буква Р в этих марках обозначает вольфрам, буква Ф — ванадий, буква К — кобальт. Цифры, стоящие после букв, определяют содержание в данной стали этих элементов в процентах. Кроме характеризующих данные марки стали элементов, указанных в их обозначениях, эти стали содержат также углерод, хром,молибден и другие составляющие.

Определить материал резца при отсутствии на нем маркировки можно «по искре».

При затачивании резца из быстрорежущей стали образуется небольшое количество искр красного цвета, похожих на звездочки. Чем больше в стали вольфрама, тем темнее искры и тем их меньше.
Из углеродистых сталей для изготовления резцов применяются стали марок У12А и У10А. В этих марках буква У условно обозначает, что сталь углеродистая; следующие за ней цифры указывают среднее содержание углерода в десятых долях процента, а буква А также условно указывает, что сталь высококачественная. Таким образом, маркой У12А обозначается высококачественная углеродистая сталь со средним содержанием углерода 1,2%. Кроме углерода, в этих сталях содержится марганец, кремний, хром, никель, сера и фосфор. При затачивании резца из углеродистой стали образуется много желтых искр в виде прямых линий.
При нагреве до 200° С резцы из углеродистой стали теряют стойкость и становятся негодными для дальнейшей работы. Поэтому в настоящее время они применяются очень редко и главным образом для обработки материалов мягких и средней твердости, при небольших скоростях резания.

Источник: www.autoezda.com

Ссылка на основную публикацию
Adblock
detector