Основні інструментальні матеріали: види, марки, властивості, характеристика, матеріали виготовлення

Основні вимоги до інструментальних матеріалів - наявність твердості, стійкості до зношування, впливу тепла і ін. Відповідність цим критеріям дозволяє здійснювати різання. Щоб здійснити впровадження в поверхневі шари вироби, яке зазнає обробці, леза для різання робочої частини повинні бути зроблені з міцних сплавів. Твердість може бути природного або ж придбаної.

Наприклад, інструментальні стали заводського виготовлення ріжуться легко. Після обробки механічним і термічним способом, а також шліфування і заточування, рівень їх міцності і твердості підвищується.

Як визначається твердість?

Характеристику можна визначити різними способами. Інструментальні стали володіють твердістю по Роквеллу, твердість має цифрове позначення, а також літерне HR зі шкалою А, В або С (наприклад, HRC). Вибір інструментального матеріалу залежить від виду оброблюваного металу.

Найстійкіший рівень функціонування і низька зношуваність лез, які пройшли термічну обробку, може бути досягнута при показнику HRC 63 або 64. При більш низькому показнику властивості інструментальних матеріалів не такі високі, а при високій твердості вони починають кришитися через крихкість.

Метали, що володіють твердістю HRC 30-35, прекрасно піддаються обробці залізними інструментами, які пройшли термічну обробку з показником HRC 63-64. Таким чином, співвідношення показників твердості становить 1: 2.

Для оброблення металів з HRC 45-55 слід застосовувати пристосування, основу яких складають тверді сплави. Показник їх становить HRA 87-93. Матеріали на основі синтетики можна застосовувати при обробленні сталей, які зазнали загартуванню.

Міцність інструментальних матеріалів

У процесі різання на робочу частину впливає сила в10 кН і вище. Вона провокує висока напруга, що може спричинити за собою руйнування інструменту. Щоб цього не сталося, матеріали для різання повинні мати високий коефіцієнт міцності.

Кращим поєднанням характеристик міцності мають інструментальні стали. Робоча частина, виконана з них, прекрасно витримує сильне навантаження і може функціонувати при стисненні, крученні, вигині і розтягуванні.

Вплив критичної температури нагріву на леза інструменту

При виділенні теплоти при різанні металів нагрівання схильні їх леза, більшою мірою - поверхні. При показнику температури нижче критичної позначки (для кожного матеріалу вона своя) структура і твердість не змінюються. Якщо температура нагрівання стає вище допустимої норми, то рівень твердості падає. Критичну температуру називають красностойкостью.

Що означає термін «красностойкость»?

Красностойкостью називається властивість металу при нагріванні до температури в 600 ° С світитися темно-червоним кольором. Термін має на увазі збереження металом твердості і стійкості до зношування. За своєю суттю це здатність протистояти впливу високої температури. Для різних матеріалів існує своя межа, від 220 до 1800 ° С.

За рахунок чого може бути збільшена працездатність ріжучого інструменту?

інструментальні матеріали ріжучого інструменту відрізняються підвищеною функціональністю при підвищенні температурної стійкості і поліпшення відведення теплоти, що виділяється на лезі при різанні. Теплота сприяє підвищенню температури.

Чим більше теплоти відведено від леза вглиб пристрою, тим нижче показник температури на його контактної поверхні. Рівень теплопровідності залежить від складу і нагрівання.

Наприклад, вміст в сталі таких елементів, як вольфрам і ванадій, викликає зниження рівня її теплопровідності, а домішка титану, кобальту і молібдену викликає його підвищення.

Від чого залежить коефіцієнт тертя ковзання?

показник коефіцієнта тертя ковзання залежить від складу і фізичних властивостей контактуючих пар матеріалів, а також від значення напруги на поверхнях, які зазнали тертю і ковзанню. Коефіцієнт впливає на стійкість до зношування матеріалу.

Взаємодія інструменту з матеріалом, які зазнали обробці, протікає при постійному рухомому контакті.

Як поводяться в цьому випадку інструментальні матеріали? Види їх в рівній мірі зношуються.

Відео: Навчальний фільм - будова металів і сплавів

Їх характеризує:

• здатність стирати метал, з яким він контактує;
• здатність проявляти стійкість до зношування, тобто чинити опір стирання іншого матеріалу.

Знос лез відбувається постійно. В результаті цього пристосування втрачають свої властивості, а також змінюється форма їх робочої поверхні.

Показник зносостійкості може змінюватися в залежності від умов, при яких протікає різання.

На які групи поділяються інструментальні стали?

Основні інструментальні матеріали можна поділити на такі категорії:

Відео: pассказа про цеглу

• металокераміка (тверді сплави);
• кермети, або мінеральна кераміка;
• нітрид бору на основі синтетичного матеріалу;
• алмази на синтетичній основі;
• інструментальні стали на вуглецевої основі.

Інструментальне залізо може бути вуглецевих, легованих і швидкорізальним.

Інструментальні стали на вуглецевої основі

Вуглецеві речовини стали використовувати для виготовлення інструментів. Їх швидкість різання невелика.

Як маркуються інструментальні стали? Матеріали позначаються літерою (наприклад, «У» означає вуглецева), а також цифрою (показники десятих частки відсотка вмісту вуглецю). Присутність літери «А» в кінці маркування свідчить про високу якість сталі (вміст таких речовин, як сірка і фосфор, не перевищує 0,03%).

Вуглецевий матеріал характеризує твердість з показником HRC 62-65 і низький рівень стійкості до температур.

Марки інструментальних матеріалів У9 і У10А застосовуються при виготовленні пив, а серії У11, У11А і У12 призначені для ручних мітчиків і ін. Інструментів.

Рівень стійкості до температури сталей серії У10А, У13А становить 220 ° С, тому інструмент з таких матеріалів радиться використовувати при швидкості різання 8-10 м / хв.

леговане залізо

Легований інструментальний матеріал може бути хромистого, хромокремністим, вольфрамовим і хромовольфрамовим, з домішкою марганцю. Такі серії позначаються числами, а також вони мають буквеної маркуванням. Перша ліва цифра свідчить про коефіцієнт вмісту вуглецю в десятих частках у разі, якщо зміст елемента становить менше 1%. Праві цифри символізують середній показник легирующей складової в процентах.

Марка інструментального матеріалу Х придатна для виготовлення мітчиків і плашок. Сталь В1 застосовна для виготовлення свердел невеликого розміру, мітчиків і розгорток.

Рівень стійкості до температури у легованих речовин становить 350-400 ° С, тому швидкість різання в півтора рази більше, ніж для вуглецевого сплаву.

Для чого застосовують високолеговані стали?

Різні інструментальні матеріали швидкого різання використовуються при виготовленні свердел, зенкерів і мітчиків. Вони маркуються буквами, а також цифрами. Важливими складовими матеріалів є вольфрам, молібден, хром і ванадій.

швидкорізальної сталі діляться на дві категорії: нормальні і з підвищеним рівнем продуктивності.

Стали з нормальною продуктивністю

До категорії заліза з нормальним рівнем продуктивності можна віднести марки Р18, Р9, Р9Ф5 і вольфрамові сплави з домішкою молібдену серії Р6МЗ, Р6М5, які зберігають твердість не нижче HRC 58 при 620 ° С. Матеріал придатний для оброблення сталей з вмістом вуглецю і низьколегованої категорії, сірого чавуну і кольорових сплавів.

Стали з підвищеною продуктивністю

До цієї категорії можна віднести марки Р18Ф2, Р14Ф4, Р6М5К5, Р9М4К8, Р9К5, Р9К10, Р10К5Ф5, Р18К5Ф2. Вони здатні зберігати показник HRC 64 при температурі від 630 до 640 ° С. У цю категорію входять надтверді інструментальні матеріали. Вона призначена для заліза і сплавів, які обробляються з працею, а також для титану.

тверді сплави

Такі матеріали бувають:

Відео: Хіміко-термічна обробка (ХТО) металів

• металлокерамическими;
• мінеральними керамічними.

Форма пластин залежить від властивостей механіки. Такі інструменти функціонують при високій швидкості різання в порівнянні з швидкорізальним матеріалом.

металокераміка

Тверді сплави з металокераміки бувають:

• вольфрамовими;
• вольфрамовими з вмістом титану;
• вольфрамовими з включенням титану і танталу.

Серія ВК включає вольфрам і титан. Інструменти на основі цих складових мають підвищену зносостійкість, але рівень опору ударам у них низький. Пристосування на такій основі використовують для оброблення чавуну.

Сплав з вольфраму, титану і кобальту застосуємо до всіх видів заліза.

Синтез вольфраму, титану, танталу і кобальту використовується в особливих випадках, коли інші матеріали виявляються малоефективними.

Тверді сплави характеризуються високим рівнем стійкості до температури. Матеріали з вольфраму можуть зберегти свою властивість з показником HRC 83-90, а вольфрамові з титаном - з HRC 87-92 при температурі від 800 до 950 ° С, що дає можливість функціонування на високій швидкості різання (від 500 м / хв до 2700 м / хв при обробленні алюмінію).

Для оброблення деталей, що володіють стійкістю до ржавіння і підвищеній температурі, застосовуються інструменти з серії дрібнозернистих сплавів ОМ. Марка ВК6-ОМ підходить для чистового оброблення, а ВК10-ОМ і ВК15-ОМ - для напівчистового і чорнового.

Ще більшою ефективністю при роботі з «важкими» деталями мають надтверді інструментальні матеріали серії BK10-XOM і ВК15-Хом. У них карбід танталу замінений на карбід хрому, що робить їх більш міцними навіть при впливі високої температури.

Щоб підвищити рівень міцності пластини з твердого речовини, вдаються до її забезпеченню захисною плівкою. Застосовується карбід, нітрид і карбоніт титану, який наноситься дуже тонким шаром. Товщина складає від 5 до 10 мкм. В результаті утворюється шар дрібнозернистого карбіду титану. Рівень стійкості таких пластин в три рази вище, ніж у пластин без спеціального покриття, що підвищує швидкість різання на 30%.

У деяких випадках застосовуються матеріали з металокераміки, які виходять з алюмінієвого окислу з додаванням вольфраму, титану, танталу і кобальту.

мінеральна кераміка

Для ріжучого інструменту застосовують мінеральну кераміку ЦМ-332. Їй властива стійкість до підвищеної температури. Показник твердості HRC становить від 89 до 95 при 1200 ° С. Також матеріал характеризується зносостійкістю, що дозволяє вести обробку сталі, чавуну і кольорових сплавів при високих швидкостях різання.

Щоб виготовити ріжучі інструменти, також використовують Кермет серії В. Його основу складають оксид і карбід. Введення до складу мінеральної кераміки карбіду металу, а також молібдену і хрому, сприяє оптимізації фізико-механічних властивостей КЕРМЕТ і усуває його ламкість. Підвищується швидкість різання. Напівчистова і чистове обробка пристосуванням на основі КЕРМЕТ застосовується для сірого ковкого чавуну, важко оброблюваної сталі і ряду кольорових металів. Процес проводиться зі швидкістю 435-1000 м / хв. Кераміка для різання відрізняється стійкістю до дії температури. Її твердість за шкалою становить HRC 90-95 при 950-1100 ° С.

Для оброблення заліза, минулого загартування, міцного чавуну, а також склопластику використовується знаряддя, що ріже частина якого виготовлена з твердих речовин, що містять нітрид бору і алмази. Показник твердості ельбор (нітрид бору) приблизно такий же, як і у алмазу. Його стійкість до температури в два рази вище, ніж у останнього. Ельбор відрізняється інертністю до залізним матеріалами. Межа рівня міцності його полікристалів при стисканні складає 4-5 ГПа (400-500 кгс / мм²), А при згинанні - 0,7 ГПа (70 кгс / мм²). Стійкість до температури має до межі 1350-1450 ° С.

Також слід зазначити алмаз на синтетичній основі баллас серії АСБ і карбонадо серії АСПК. Хімічна активність останнього таких, що містять вуглець матеріалів більш висока. Саме тому він застосовується при заточуванні деталей з кольорових металів, сплавів з високим вмістом кремнію, твердих матеріалів ВК10, ВК30, а також неметалевих поверхонь.

Показник стійкості різців карбонаду - в 20-50 разів більше рівня стійкості твердих сплавів.

Які сплави набули поширення в промисловості?

У всьому світі випускаються інструментальні матеріали. Види, що вживаються в Росії, США і в Європі, здебільшого не містять вольфрам. Вони відносяться до серії КНТ016 і ТН020. Ці моделі стали заміною марок Т15К6, Т14К8 і ВК8. Вони застосовуються для оброблення сталей для конструкцій, нержавійки та інструментальних матеріалів.

Нові вимоги до інструментальних матеріалів обумовлені дефіцитом вольфраму і кобальту. Саме з цим фактором пов`язано те, що в США, країнах Європи та Росії постійно розробляються альтернативні методи отримання нових твердих сплавів, які містять вольфрам.

Наприклад, інструментальні матеріали виготовлення американської компанії Adamas Carbide Co серії Titan 50, 60, 80, 100 містять карбід, титан і молібден. Збільшення номера свідчить про ступінь міцності матеріалу. Характеристика інструментальних матеріалів цього випуску має на увазі високий рівень міцності. Наприклад, серія Titan100 володіє міцністю в 1000 МПа. Вона є конкурентом кераміки.