Стали для режущего инструмента
По теплостойкости материалы, применяемые для изготовления режущего инструмента, делятся на следующие группы:
1. Углеродистые стали с пониженной прокаливаемостью и теплостойкостью до 200О С (ГОСТ1435-85).
2. Легированные стали повышенной прокаливаемости с теплостойкостью до 300О С.(ГОСТ5950-73).
3. Быстрорежущие стали с теплостойкостью до 600О С.(ГОСТ19265-73).
4. Твердые сплавы с теплостойкостью до 1000О С (ГОСТ3882-74).
5. Сверхтвердые материалы с теплостойкостью до 1200О С.
Углеродистые инструментальные стали.
Углеродистые инструментальные стали (ГОСТ1435-99) маркируются буквой У и цифрой, показывающей среднее содержание углерода в десятых долях. Буква А в конце марки показывает, что сталь высококачественная. Всего применяется 7 марок углеродистых сталей У7, У8, …..У13. Из-за низкой прокаливаемости (10-12 мм) углеродистые стали пригодны для инструмента сечением до 25 мм. С увеличением количества углерода в стали вязкость падает, а твердость (из-за увеличения количества цементита) растет. Поэтому инструмент, испытывающий ударные нагрузки, изготавливается из сталей У7, У8, У9 при HRC = 48 – 55, а режущий инструмент, не испытывающий ударных нагрузок из стали У10, У11, У12, У13 при HRC = 62 – 64.
Таблица 4.1 Применение углеродистой инструментальной стали (ГОСТ1435-99).
| № п.п. | Марка | Назначение |
| 1. | У7, У8 | Инструмент для обработки дерева: топоры, стамески, долота, молотки, кувалды, отвертки, плоскогубцы, фрезы, пилы дисковые и другие аналогичные детали.. |
| 2. | У9, У10 | Калибры, инсИнструмент для обработки дерева: пилы, сверла, напильники, шабенапильники, шаберы и другие аналогичные детали. |
| 3. | У11, У12 | Штампы для холодной штамповки, метчики, шаберы, напильники, штемпели, колибры и другие детали. |
| У13 | Ножи, хирургический инструмент, лезвия, напильники, шаберы, гравировальный инструмент. |
Легированные инструментальные стали.
Легированные инструментальные стали (ГОСТ5950-73) содержат до 5 % легирующих элементов, и относятся к доэвтектоидным сталям перлитного класса. Легирование производится Cr, Mn,. Si, W для повышения прокаливаемости, закаливаемости, уменьшения трещинообразования при термообработке. Стали подвергаются неполной закалке с температуры 30-50о С выше АС3 и низкому отпуску, что обеспечивает структуру мартенсит отпуска и избыточные карбиды и твердость HRC 62-69. Стали обладают высокой износостойкостью, но низкой теплостойкостью, поэтому применяется для инструмента, работающего при небольших скоростях резания.
Сталь маркируется цифрами и буквами. Если впереди цифры нет, то углерода около 1 %. Если цифра есть, то это содержание углерода в десятых долях:Сталь 9Хсодержит С=0,9 %, Х=1 %, остальные буквы и цифры обозеачают содержание элементов как у легированных сталей.(таблица 4.2)
Таблица 4.2
Применение инструментальной легированной стали (ГОСТ5950-73).
| № п/п | Марка | Назначение |
| 7ХФ, 8ХФ | Топоры, зубила, ленточные и круглые пилы, обрезные матрицы, ножи, кернеры, резцы. | |
| 11ХФ, 13Х | Метчики, калибры, хирургический инструмент, шаберы, гравировальный инструмент. | |
| ХВ4 | Прошивные пуансоны, резцы для чистовой обработки, фрезы для обработки твердых металлов. | |
| В2Ф | Ленточные пилы по металлу, ножовочные полотна и другие аналогичные детали. | |
| 9Х | Прокатные валки холодной прокатки, клейма, пробойники, матрицы и пуансоны. | |
| Х | Зубила, кулачки, калибры, резцы всех видов,(токарные, строгальные, долбежные). | |
| 9ХС | Сверла, развертки, метчики, плашки, клейма, фрезы и другие аналогичные детали. . | |
| 12Х | Мерительный инструмент: калибры, шаблоны, концевые меры. | |
| ХВГ | Ножи, калибры, плашки, протяжки, точные штампы, сверла, фрезы, развертки. |
Быстрорежущие стали.
Быстрорежущими сталями называются высоколегированные инструментальные стали, обладающие высокой теплостойкостью (до 650о С) .Быстрорежущие стали позволяют увеличить скорость резания в 2-4 раза («быстро резать») и повысить стойкость инструмента в 10-30 раз. Твердость быстрорежущих сталей достигает HRC 65-66. Такие свойства достигаются легированием, в основном, W, а также Mo, Co, V, и соответствующей термической обработкой: закалкой с температуры ~1280о С и трехкратным отпуском при температуре 550-570о С.
Быстрорежущие стали (ГОСТ19265-73) маркируются буквой Р(рапид-быстрый,быстрорежущий), цифра после которой указывает содержание в процентах вольфрама – основного легирующего элемента. Содержание углерода (~1 %), ванадия (до 2 %) и хрома (до 4 %) в маркировке не указывается. Mo, Co, V маркируется как обычно. Например, Р6М5 содержит С =0,9 %, Cr = 4 % , W = 6 %, Mo = 5 %, V = 2 % .
Быстрорежущие стали по эксплуатационным свойствам делятся на две группы: нормальной производительности (Р18, Р12, Р9, Р9Ф5, Р6М3, Р6М5) и повышенной производительности (Р6М5К5, Р9М4К8, Р9К5, Р9К10, Р10К5Ф5, Р18К5Ф2). Отличие состоит в присутствии кобальта, который способствует повышению теплостойкости до 650оС. Стали второй группы предназначены для обработки высокопрочных, коррозионностойких, жаропрочных сталей с аустенитной структурой.
Таблица 4.3
Применение быстрорежущих сталей.
.
| № п/п | Марка | Назначение |
| 1. | Р18, Р12, Р9. | Для всех видов режущего инструмента, при обработке обычных конструкционных сталей. |
| 2. | Р6М3, Р6М5. | Для инструмента небольших сечений, работающего с ударными нагрузками при обработке обычных конструкционных сталей. |
| 3. | Р18Ф2. | Для инструмента, применяемого при обработке материала повышенной твердости и вязкости. |
| 4. | Р6М5К5, Р9К10 | Для инструмента, применяемого при обработке нержавеющих, жаропрочных, высокопрочных сталей и сплавов с повышенной твердостью и вязкостью. |
Твердые сплавы.
Твердые спеченые сплавы типа ВК, ТК, ТТК (ГОСТ3882-74) представляют собой сплавы, состоящие из карбидов тугоплавких металлов (WC, TiC, TaC),связанных кобальтом. Получают твёрдые сплавы методом порошковой металлургии. Теплостойкость таких сплавов достигает 1000оС, а твердость НRC 74-76, что обеспечивает высокую износостойкость. По эксплуатационным свойствам твердые сплавы превосходят инструменты из быстрорежущих сталей и применяются для резания с высокими скоростями. Увеличение в сплаве кобальта снижает твердость, но повышает прочность и вязкость, поэтому сплавы с высоким содержанием кобальта применяются для черновой обработки металлов там, где резцы работают с ударом. С увеличением содержания карбидов возрастает твердость и хрупкость сплава, поэтому такие сплавы применяются для чистовой обработки при безударной работе резца.
В зависимости от состава карбидной основы твердые сплавы делятся на три группы:
- Вольфрамовая группа состоит из сплавов системы карбид вольфрама-кобальт. Маркируется буквами ВК и цифрой, показывающей содержание кобальта. Теплостойкость сплавов ВК-800оС;
-Титановольфрамовая группа состоит из сплавов системы карбиды вольфрама – карбиды титана-кобальт. Маркируются буквами Т, К и цифрами после них, показывающими содержание в процентах карбидов титана и содержание кобальта, остальное – карбиды вольфрама. Теплостойкость сплавов ТК – 1000о С, твердость выше, чем у сплавов ВК;
-Титанотанталовольфрамовая группа образует сплавы системы TiC-TaC-WC-Co. Цифры в марке после букв ТТ показывает суммарное содержание карбидов титана и тантала, а цифра после буквы К- содержание кобальта. Например, ТТ7К12 состоит из 4% карбидов титана, 3% карбидов тантала, 12%кобальта и 81% карбидов вольфрама.
Сплавы ТТК отличаются от ВК и ТК большей прочностью, лучшей сопротивляемостью вибрациям и выкрашиванию, поэтому применяются для черновой обработки слитков, поковок, отливок.
Таблица 4.4
| №пп | Марка | Назначение | |
| 1. | ВК3 | Инструмент для чистового точения, резки листового стекла. | |
| 2. | ВК8 | Инструмент для чернового точения, волочения и калибровки труб, бурения. | |
| 3. | ВК25 | Штамповый инструмент для горячей штамповки, для быстроизнашивающихся деталей машин. | |
| 4. | Т30К4 | Режущий инструмент для чистового точения и нарезания резьб. | |
| 5. | Т5К12В | Режущий инструмент для точения по корке, всех видов строгания, сверления отверстий. | |
| 6. | ТТ10К8Б | Режущий инструмент для обработки труднообрабатываемых материалов. | |
Применение твердых сплавов (ГОСТ3882-74). .
4.1.5 Сверхтвердые материалы.
К сверхтвердым материалам относятся алмаз (НV=100.000, что в 8 раз превосходит твердость быстрорежущей стали HV =13000 ), и кубический нитрид бора (КНБ-эльбор, боразон). Теплостойкость алмаза 800оС, к тому же он растворяется в железе и для обработки сталей и чугунов не применяется. КНБ имеет твердость HV=90000, но теплостойкость его 1200оС, поэтому эльбор применяется для высокоскоростной обработки закаленных, цементованных и труднообрабатываемых сталей, часто заменяя шлифование - точением, что повышает производительность в 3 раза.