Из какого вида стали изготавливают режущий инструмент

Из какого вида стали изготавливают режущий инструмент

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.

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.

Материалы для режущего инструмента

Иструментальные материалы должны обладать:

• 1) высокой твердостью и износостойкостью;
• 2) высокой теплостойкостью (красностойкостью) — способностью сохранять режущие свойства при высоких температурах;
• 3) высокой прочностью и ударной вязкостью;
• 4) технологичностью и экономичностью — хорошей обрабатываемостью и минимальным содержанием легирующих элементов без ущерба для режущих свойств.

Таким образом, рабочая часть режущего инструмента должна изготовляться, по возможности, из недефицитного материала, имеющего большую твердость, повышенные механические характеристики, высокие теплостойкость и износостойкость. Твердость материала режущей части инструмента должна значительно превышать твердость материала обрабатываемой заготовки.

Высокие прочностные свойства и вязкость необходимы инструменту для сопротивления различным деформациям в процессе резания и способности противостоять ударным динамическим нагрузкам, возникающим при обработке заготовок из хрупких материалов или с прерывистой обрабатываемой поверхностью.

Теплостойкость <красностойкость)является одной из самых важных характеристик инструментальных материалов. Она указывает на предельно допустимые значения температур, при которых материал способен сохранять свою первоначальную твердость и режущие свойства в течение длительного времени.

Важнейший параметр материала режущего инструмента — его износостойкость. Чем она выше, тем медленнее изнашивается инструмент и тем больше его размерная точность. Это позволяет получать минимальный разброс размеров деталей, обработанных подряд одним и тем же инструментом.

Для изготовления режущего инструмента применяют углеродистые инструментальные стали марок У8А, У10А, У11А, У12А. Твердость их после термообработки (закалки в воде и отпуска при температуре 120. 150 °С) достигает 60. 62 HRC, теплостойкость 200. 250 °С, допустимые скорости резания 0,2. 0,3 м/с. Инструментом, изготовленным из углеродистых инструментальных сталей, можно обрабатывать материалы с твердостью до 30 HRC. Эти стали применяют для изготовления слесарного инструмента: напильников, зубил, метчиков, плашек, ножовочных полотен, отверток, ножниц и т.д.

Легированные инструментальные стали — это углеродистые инструментальные стали, содержащие хром, вольфрам, ванадий, кремний и другие элементы: ХВГ, 9ХС, 9ХВГ, ХВСГ, ХВ2 и др. После термической обработки твердость этих сталей составляет 62. 64 HRC, теплостойкость 300. 350 °С, допустимые скорости резания 0,25. 0,5 м/с. Легированные стали по сравнению с углеродистыми имеют повышенную вязкость в закаленном состоянии. Одним из важных преимуществ этих сталей является малая деформируемость при закалке, что способствует их применению для сложнопрофильного инструмента. Из них изготовляют метчики, плашки, протяжки, развертки, фасонные резцы, фрезы, сверла и др. Однако они все более вытесняются быстрорежущими сталями и твердыми сплавами.

Быстрорежущие стали — это стали, содержащие много вольфрама (6. 19%) и меньшие добавки ванадия, кобальта, молибдена и других элементов, имеющие твердость после термообработки 62. 65 HRC, которая сохраняется при 600. 650 °С. Стали обладают повышенной износостойкостью, имеют теплостойкость 600. 650 °С и могут работать со скоростями до 2 м/с.

Кроме широко распространенных марок Р9 и Р18 (цифры показывают среднее содержание вольфрама), имеется ряд марок сталей с повышенным содержанием ванадия и кобальта: Р18Ф2, Р9К10, Р18К5Ф2 и др. Для изготовления инструментов, работающих в условиях черновой обработки, применяют вольфрамомолибденовые стали марок Р9М4 и Р6МЗ.

Режущие свойства инструмента, изготовленного из быстрорежущей стали, можно повысить путем нанесения износостойких покрытий из хрома, карбидов вольфрама или титана, а также лазерной обработкой или электроискровым упрочнением. Так, тонкие покрытия нитрида титана увеличивают срок службы инструмента в 2—5 раз.

Твердые сплавы состоят из карбидов тугоплавких металлов (вольфрама, титана, тантала), связанных металлическим кобальтом. Твердые сплавы применяют в виде пластин определенной формы и размера, изготовляемых методом порошковой металлургии, т.е. прессованием и последующим спеканием при температуре 1500. 1900 °С. Получаемые пластины припаивают к державкам и корпусам инструментов медными (латунными) припоями или крепят к ним механическим способом. Твердые сплавы обладают высокими износостойкостью, твердостью 86. 92 HRA (условно 71. 75 HRC) и теплостойкостью (800. 1200 °С), позволяют вести обработку со скоростями резания до 15 м/с.

Твердые сплавы разделяют на три группы: вольфрамовые, содержащие карбиды вольфрама (ВК2, В КЗ, ВКЗМ, ВК4В, ВК6-М, В Кб, ВК6В, ВК8, ВК8В, ВК10, ВК15, ВК20, ВК25); титановольфрамовые, содержащие карбиды вольфрама и титана (Т30К4, Т15К6, Т14К8, Т5К10, Т5К12В); титанотанталовольфрамовые, состоящие из карбидов титана, тантала и вольфрама (ТТ7К12, ТТ7К15, ТТ8К6).

Основными недостатками твердых сплавов являются их хрупкость и недостаточная прочность при изгибе и растяжении. Поэтому режущие элементы инструмента необходимо располагать так, чтобы они, по возможности, работали на сжатие.

Твердые сплавы первой группы (однокарбидные) наиболее прочные, хорошо сопротивляются ударным нагрузкам и используются для обработки чугунов, цветных металлов и их сплавов, неметаллических материалов. Твердые сплавы второй группы (двухкарбидные) менее прочны, но более износостойки, чем сплавы первой группы. Они находят применение при обработке пластичных и вязких металлов и сплавов, углеродистых и легированных сталей. Трехкарбидные твердые сплавы (третья группа) обладают повышенной прочностью, износостойкостью и вязкостью. Они применяются при обработке жаропрочных сталей, титановых сплавов и других труднообрабатываемых материалов.

Режущие свойства твердых сплавов в значительной степени зависят от их структуры. Так, твердые сплавы с мелкозернистой и особо мелкозернистой структурой на основе карбида вольфрама (ВК6—М, В Кб—ОМ) по своим режущим и физико-механическим свойствам превосходят все другие сплавы этой группы.

В последние годы разработаны твердые сплавы, не содержащие дефицитного карбида вольфрама. Он заменяется карбидами титана с добавками молибдена, никеля и других тугоплавких металлов. Это сплавы марок ТМ1, ТМЗ, ТН—20, КНТ—16, карбидохромистые твердые сплавы КХН—20, КХН—30 и др. Безвольфрамовые твердые сплавы целесообразно применять при обработке низколегированных сталей и цветных металлов вместо сплавов Т30К4 и Т15К6.

Твердосплавные пластинки из этих сталей крепятся преимущественно механическим путем к державкам инструментов или припаиваются с помощью медных (латунных) припоев. Кроме твердосплавных пластин, в промышленности используют и монолитный твердосплавный инструмент, например отрезные фрезы, спиральные сверла, зенкеры, развертки небольших диаметров, фасонные резцы.

Инструменты оснащаются 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.

Синтетический материал, основой которого является корунд (А1_{2 3}), — минерал кристаллического строения, относится к инструментальному материалу — минералокерамике. Получают корунд из глинозема в электропечах спеканием при температуре 1720. 1750 °С, в связи с чем его называют электрокорундом.

Оксидная керамика, в состав которой входят легирующие добавки MgO, Zr0₂ и др., обладает высокими твердостью (HRA 90. 94) и теплостойкостью (до 1200 °С). Ее малое сродство с металлами исключает адгезионное взаимодействие с обрабатываемым материалом, вследствие чего при обработке не образуется нарост и достигается меньшая шероховатость поверхности (по сравнению с обработкой твердым сплавом). Недостатками оксидной минералокерамики являются ее низкая прочность и хрупкость. Инструмент, оснащенный пластинами из оксидной керамики, используют при чистовой и по- лучистовой обработке чугунов, сталей, некоторых сплавов цветных металлов и неметаллических материалов со скоростями резания до 15 м/с в условиях безударной нагрузки без охлаждения. Достаточно широкое применение получила минералокерамика марок ЦМ—332 и ВО—13.

Для повышения механической прочности в оксидную керамику добавляют различные тугоплавкие соединения (карбиды титана, вольфрама, циркония, молибдена). Такие материалы называются оксидно-карбидной керамикой (марки ВЗ, ВОК—60, ВОК—63, ВШ— 75), из которой изготовляются многогранные и круглые пластины. Пластины крепят к инструменту механическим путем или, предварительно подвергнув их металлизации, пайкой. Инструменты из минералокерамики используют для обработки ковких и высокопрочных чугунов, труднообрабатываемых сталей и сплавов.

В последнее время широкое распространение получили синтетические сверхтвердые материалы на основе твердых модификаций нитрида бора. Они обладает большой твердостью, уступающей лишь синтетическому алмазу, и высокой теплостойкостью (до 1300°С). Резцы, оснащенные этими материалами, применяют для тонкого точения закаленных сталей.

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

Абразивные инструменты изготовляют из искусственных материалов: электрокорунда, карбидов кремния, карбидов бора, оксида хрома и других 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%. Обработка абразивными инструментами ведется на скоростях 15. 100 м/с.

Самым твердым из известных инструментальных материалов является алмаз. Он обладает высокими твердостью и износостойкостью, хорошей теплопроводностью, малым коэффициентом трения и низкой адгезионной способностью к металлам. Алмазами оснащают режущие инструменты (резцы, сверла и др.), их используют для изготовления инструментов (круги, ленты, пилы и др.) и различных доводочных порошков. Обработка таким инструментом характеризуется высокой размерной точностью, малой шероховатостью поверхности и повышенной производительностью (скорость резания более 20 м/с). В промышленности используют природные (марки А) и синтетические (марки АС) алмазы. Алмазный инструмент применяют для обработки твердых и полупроводниковых материалов, керамики, сплавов цветных металлов, жаропрочных сплавов. Недостатками алмазного инструмента являются большая хрупкость, высокая стоимость и дефицитность.

В промышленности создан ряд инструментальных материалов, которые называются композиционными (композитами) К ним относятся эльбор (композит 01), белбор (композит 02), гексанит (композит 10); композит 05 (состоит из кубического нитрида бора (КНБ) и А1_{2 3}), композит 09 (состоит из поликристаллов твердого нитрида бора — ПТНБ). Эльбор практически служит заменителем алмазов. Его применяют для обработки заготовок из высокотвердых материалов и конструкционных сталей. Композиты изготовляют в виде цилиндрических столбиков диаметром 16 мм и высотой 3—6 мм и крепят к державкам режущего инструмента.

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. .

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.

Материалы, применяемые для изготовления резцов

На режущих кромках резца в процессе резания возникают высокие давление и температура (600-800° С и выше). Трение стружки о переднюю поверхность резца и задней поверхности резца о поверхность резания вызывает износ его рабочих поверхностей. Вследствие износа форма режущей части изменяется, и через некоторый промежуток времени резец становится негодным для дальнейшей работы; такой резец должен быть снят со станка и переточен.

Чтобы резец возможно дольше работал без переточки, он должен хорошо сопротивляться износу при высокой температуре и быть тверже обрабатываемого материала. Кроме того, резец должен быть достаточно прочным, чтобы без разрушения выдерживать высокие давления, возникающие при резании. Поэтому к материалу для изготовления резцов предъявляют следующие основные требования: твердость при высокой температуре, износостойкость и прочность.

В настоящее время имеется много инструментальных материалов, удовлетворяющих этим требованиям: инструментальные углеродистые, легированные и быстрорежущие стали, твердые сплавы, керамические материалы и алмазы.

Углеродистая сталь — самая дешевая из инструментальных сталей. Для изготовления режущего инструмента применяют сталь с содержанием углерода от 0,9 до 1,4%. После закалки и отпуска режущий инструмент из этой стали приобретает высокую твердость HRC 59-62. Однако, если в процессе резания температура режущей кромки достигает 200-250° С, твердость стали резко падает. По этой причине углеродистая инструментальная сталь для изготовления режущих инструментов в настоящее время имеет ограниченное применение: из нее изготовляют режущие инструменты, работающие со сравнительно низкой скоростью резания (10-15 м/мин), когда температура в зоне резания меньше 200-250° С. К таким инструментам относятся: развертки, метчики, шаберы и др.

Быстрорежущие стали -содержат большое количество (до 25%) специальных легирующих элементов — вольфрама, хрома, кобальта, молибдена, ванадия, которые повышают режущие свойства стали. Основное достоинство резцов из быстрорежущей стали — способность сохранять твердость (HRC 62-64) и износостойкость при нагреве в процессе резания до 560-600° С. Благодаря этому скорость резания резца из быстрорежущей стали в 2-3 раза больше по сравнению с резцами из углеродистой стали.

Твердые сплавы характеризуются очень высокой твердостью, уступающей только алмазу, и хорошей износостойкостью.

Твердые сплавы изготовляют из порошков вольфрама, титана и тантала, химически соединенных с углеродом. В качестве связующего вещества к ним добавляют кобальт. Порошкообразную смесь прессуют под большим давлением, получая пластинки требуемой формы, которые затем спекают при температуре около 1500° С. Приготовленные таким образом пластинки не требуют никакой дальнейшей термической обработки. При изготовлении резцов пластинку твердого сплава припаивают медью или латунью к стержню из углеродистой стали либо крепят механически.

Так как твердосплавные пластинки сохраняют твердость при нагреве в процессе резания до 800-900° С, то скорость резания резцами, оснащенными такими пластинками, в 3-4 раза больше скорости резания, допускаемой резцами из быстрорежущей стали. Кроме того, такими резцами можно обрабатывать очень твердые стали, в том числе и закаленные, которые раньше резцами не обрабатывались. Основной недостаток твердых сплавов — их хрупкость.

Металлургами и учеными созданы такие материалы для резцов, которые не содержат в себе дорогих легирующих элементов (вольфрама, титана, кобальта, ванадия) и в тоже время характеризуются хорошими режущими свойствами. Это так называемые минералокерамические материалы (термокорунд), выпускаемые в виде пластинок белого цвета, напоминающих мрамор. Эти пластинки изготовляют из глинозема (окиси алюминия), которого очень много в природе и который очень дешев. Керамические пластинки отличаются более высокой твердостью по сравнению с твердыми сплавами и сохраняют эту твердость при нагреве до 1200° С, что дает возможность резать ими металлы с высокими скоростями резания. Однако по сравнению с твердыми сплавами минералокерамика имеет более низкие механические свойства — повышенную хрупкость и плохую сопротивляемость изгибающим нагрузкам. Поэтому резцы с керамическими пластинками целесообразно применять лишь при получистовом и чистовом точении при безударной нагрузке.

Алмаз в отличие от всех существующих инструментальных материалов состоит из одного химического элемента — углерода.

Алмаз — самый твердый из всех инструментальных материалов, характеризуется высокой теплостойкостью (до 900° С) и исключительно высокой износостойкостью.

Благодаря этим качествам алмаз является незаменимым при выполнении таких работ, где требуется высокая точность, чистота обработки, а также при обработке очень твердых материалов. Алмаз применяется для чистового тонкого точения и растачивания цветных металлов, сплавов и неметаллических материалов.

Недостаток алмаза — его хрупкость и высокая стоимость. Алмазный порошок используется также для изготовления шлифовальных и заточных кругов.