Рассмотрим каждую группу материалов подробнее.

Инструментальные материалы

1) Требования к свойствам инструментальных материалов

Режущие инструменты работают в условиях больших сило­вых нагрузок, высоких температур и повышенного трения, поэтому материалы режущей части инструментов должны удовлетворять ряду эксплуатационных требований:

- иметь твердость гораздо большую, чем у обрабатываемого материала;

- иметь высокую прочность на изгиб, растяжение, сжатие, кручение, ударную вязкость;

- обладать высокой теплостойкостью (красностойкостью), т.е. сохранять необходимую твердость при высоких температурах нагрева;

- обладать высокой износостойкостью, т .е. хорошо сопротивляться истиранию при трении;

- быть технологичным, т. е. легко поддаваться механи­ческой обработке при изготовлении из него режущего инструмента;

- быть экономичным, т.е. содержать менее дорогие элементы.

2) Классификация инструментальных материалов

Все инструментальные материалы можно разделить на группы:

Инструментальные стали.

Металлокерамические твердые сплавы.

Минералокерамика.

Сверхтвердое материалы (СТМ).

Абразивные материалы.

1. Инструментальные стали.

Различают: - углеродистые инструментальные стали,

- легированные инструментальные стали,

- быстрорежущие.

Углеродистые инструментальные стали.

Марки: У7А, У8А, ..., У13А содержат 0,7...1,3%С.

Твердость после термообработки: HRC 60...62.

Теплостой­кость: Θ_кр = 200...250°С.

Допустимая скорость резания: V_max не более 20 м/мин.

Изготовляемый инструмент:

- слесарный: ножовочные полотна, зубила, молотки, метчики, плашки, напильники и т.д.

- столярный: ножи, ножовки, стамески и т.д.

Легированные инструментальные стали - это углеродистые стали с добавками легирующих элементов: хрома (X), вольфрама (В), марганца (Г), кремния (С) и других.

Марки: ХВГ, 9ХС, ХВСГ и много других.

Твердость: HRC 62...64.

Теплостойкость: Θ_кр = 250... 300°С.

Скорость резания: V_max до 25 м/мин.

Инструмент: протяжки, сверла, метчики, плашки, развертки, фрезы,

фасонные резцы и др.

Быстрорежущие стали имеют повышенное содержание вольфрама (от 6 до 18 % W ), хрома (3 ... 4,6 % Cr) и ко­бальта (3 ...10 % Со).

Марки: Р9, Р18, Р6МЗ, Р9Ф5, Р10К5Ф2 и др.

Твердость: HRC 63...65.

Теплостойкость: Θ_кр = 600 ... 650°С.

Скорость резания: V_max до 80 м/мин.

Инструмент: резцы, фрезы, сверла, зенкеры, развертки, зуборезный инструмент, протяжки, долбяки, шеверы и др.

 

2. Металлокерамнческнетвердыесплавы

Твердые сплавы представляют собой сплавы карбидов ту­гоплавких металлов (W, Ti, Ta) с кобальтом (Со). Различают твердые сплавы:

- однокарбидные - вольфрамовые;

- двухкарбидные – титано-вольфрамовые;

- трехкарбидные – титано-тантало-вольфрамовые;

- безвольфрамовые.

Вольфрамовые твердые сплавы (группа ВК).

Марки: ВК2, ВК4, ВК6, ВК8, ВК6М, ВК60М и др.

Расшифровка: ВК8 состоит из 8% Со и 92% WC.

Титано-вольфрамовые твердые сплавы (группа ТК).

Марки: ТЗОК4, Т15К6, Т5К10, Т14К8 и др.

Расшифровка: Т15К6 (6% Со + 15% TiC + 79% WC).

Титано-тантало-вольфрамовые твердые сплавы (группа ТТК).

Марки: ТТ7К12, ТТ8К6, ТТ20К9 и др.

Расшифровка: ТТ7К12 [12% Со + 7%(TiC+TaC) +81% WC].

Безвольфрамовые твердые сплавы (группа БВ).

Марки: ТМ1, ТМЗ, ТН-30, КНТ-16, "Монитикар" и др.

Твердость твердых сплавов: HRC 86...92.

Теплостойкость: Θ_кр = 800... 1000°С.

Скорость резания: V_max до 800 м/мин.

Из твердых сплавов методом порошковой металлургии из­готовляют плас- тинки различной формы, которые затем припаивают или крепят механически к рабочей части инструментов.

Используют также многогранные неперетачиваемые пластинки.

Рекомендации по применению:

Группу ВК используют для обработки хрупких материалов (чугунов, бронз), пластмасс, неметаллических материалов.

Группа ТК применяется для обработки пластичных и вязких материалов, незакаленных сталей.

Группа ТТК используется для обработки жаропрочных сталей и сплавов, т. к. отличается повышенной износостойкостью, прочно­стью и вязкостью.

Твердые сплавы используют для изготовления практически любого режущего инструмента, но наибольшее их применение в резцах (до 95 %). Инструменты сложных форм (сверла, зенкеры, развертки, протяжки и т. п.) изготовляют из пластифицированных твердых сплавов, которые в виде спрессованного порошка из твердых сплавов, погруженного в кипящий парафин при темпе­ратуре 800°С, после остывания представляют однород- ную массу. После спекания при температуре 1300°С они приобретают необ­ходимую твердость.

3) Минералокерамические материалы

Минералокерамика - синтетический материал, полученный спеканием при температуре 1700...1750°С из глинозема (Аl₂О₃) или нитрида кремния (Si₃N₄).

Различают 3 группы минералокерамики, отличающихся химическим составом, методом производства и областями при­менения.

1 группа - оксидная ("белая") керамика, состоящая в основном из Аl₂О₃ и легирующих добавок (MgO, ZrO₂ и др.). Получают холодным прессованием с последующим спе­канием.

Марки: ЦМ-332, ВО-13, ВШ-75, СХЗ(Яп), SN56(ФРГ), W80(Яп), V-34(США) и др.

2 группа - оксидно-карбидная ("черная") керамика, состоящая из А1₂О₃ (до 60 %), TiC (20...40%), ZrО₂ (20...40%) и других карбидов тугоплавких металлов. Получают горячим прессованием в графитовых прессформах.

Марки: ВОК-60, В-3, ОНТ-20, ВОК-63, НС-2(Яп), SH-1(ФРГ), СС650(Шв) и др.

3 группа - нитридная ("коричневая") керамика на основе нитрида кремния (Si₃N₄) с легированием оксидами иттрия, циркония, алюминия и др. Получают методом горячего прессования.

Марки: Силинит-Р, SL100(ФРГ), СС680(Шв), S-8(США), SX4(Яп) и др.

Свойства минералокерамики:

Твердость: HRA 91...96.

Теплостойкость:Θ_кр = 1200°С.

Скорость резания практически неограниченная.

Высокие износостойкость и хрупкость.

Низкие прочность на изгиб и ударная вязкость.

Рекомендации по применению:

1 группу (ВО-13, ЦМ-332 и др.) используют для чистовой и получистовой обработки нетермообработанных ("сырых") сталей, серых чугунов со скоростью резания V = 800...1000 м/мин.

2 группа (ВОК-60, ВОК-63, В-3 и др.) - для чистовой, получистовой и прерывистой обработки ковких, высокопрочных чугунов, закаленных сталей (HRC 30...65), цветных медных и алюминиевых сплавов.

3 группа (Силинит-Р) - для получистовой обработки чугунов, жаропрочных, жаростойких и коррозионно-стойких сплавов на основе никеля.

4. Сверхтвердые материалы (СТМ)

В настоящее время инструментальная промышленность выпускает две группы СТМ, используемых в лезвийных инструментах: композиты и синтетические алмазы.

Композиты получают на основе нитрида 6opa (BN) и различают по технологии их получения:

1) Композиты 01 (Эльбор-Р) и 02 (Белбор) - получают путем фазового превращения графитоподобного (BN_г) в кубический сфалеритный нитрид бора (ВN_сф).

2) Композиты 10 (Гексанит-Р), 09 (ПТНБ), Вюрпин (Яп) и др. – получают фазовым превращением синтеза вюрцитного (BN_в) в кубический сфалеритный нитрид бора (ВN_сф).

3) Композиты 05, 06, Киборит, Ниборит, Боразон, Амборит, Сумиборон, BN200(США) - получают спеканием частиц кубического сфалерит-ного нитрида бора (ВN_сф) со связкой. Этот метод является основным при изготовлении компо­зитов за рубежом.

Свойства композитов:

Твердость: Эльбора-Р - 73,5 ГПа (HRA 97...98), Гексанита-Р - 49 ГПа (HRA 96).

Теплостойкость: Θ_кр = 1300...1400°С.

Высокая ударная вязкость и прочность на изгиб (у Гексанита-Р в 2 раза выше, чем Эльбора-Р).

Инертность к углероду (нет химического сродства).

Малый коэффициент трения.

Рекомендации по применению:

1. Применять Композиты 01 (Эльбор-Р) для чистовой обра­ботки деталей из закаленных сталей и чугунов на высо­ких скоростях резания, взамен шлифования.

2. Композит 10 (Гексанит-Р) эффективно использовать при чистовом, получистовом, прерывистом точении закаленных сталей, чугунов, твердых сплавов ВК, термообработанных высокопрочных и жаропрочных сплавов и др.

3. Применять инструменты из композитов на станках повышенной (П), высокой (В) и особо высокой (А) точности, обладающих достаточной виброустойчивостью и жесткостью, обеспечивающих высокую скорость резания (до 1000 м/мин) и низкий предел подач (0,005...0,01 мм/об).

4. Можно использовать вместо чистового шлифования.

Синтетические алмазы

Синтетические алмазы являются материалами на основе модификаций углерода, различаются по технологии получения, могут быть:

Алмазы - АСБ (Баллас), АСПК (Карбонадо), АСПВ, АСФ, "Славутич" - поликристаллы алмаза, получа­емые в результате фазового перехода (синтеза) графита в алмаз при высоких давлении и температуре в присутствии катализаторов.

Алмазные спеки: СВ, СВС, СВАБ, Дисмит, СВБН, Карбонит, СКМ, Компакс, Синдит, Мегадаймонд, Сумидиа и др. - получают путем спекания микропорошков алмаза с добавлением порошков композитов под большим давлением и при высокой температуре.

Алмазные спеки обладают высокой ударной вязкостью (в отличие от алмаза) и высокие показатели прочности.

Свойства синтетических алмазов:

Твердость: АСБ до 114 ГПа (HRA 102),

АСПК до 150 ГПа (HRA 105),

СВБН до 108 ГПа (HRA 101).

Теплостойкость: АСБ - Θ_кр до 720°С, АСПК - Θ_кр до 800°С,

СВБН - Θ_кр до 950°С.

Прочность на сжатие спеков в 2 раза выше прочности природного алмаза.

Низкий коэффициент трения.

Имеет химическое сродство с углеродом.

Рекомендации по применению:

1. Алмазы используют для изготовления резцов, волок, выглаживателей, дорнов и др.

2. Применяются для точения материалов не содержащих углерода: алюминиевых и высококремниевых сплавов, цветных металлов, трудно обрабатываемых пластмасс, керамики, стеклопластиков, асбоцемента и др.

3. Алмазные спеки СВ и СВАБ используют для изготовления волок, резцов, спек СВС - для инструмента, работающего в условиях абразивного износа (буровые коронки, долота, правящие карандаши и др.).

5) Абразивные материалы.

Абразивные материалы используют для изготовления абра­зивных инстру-ментов: шлифовальных кругов, брусков, лент, по­рошков, паст и др.

Подробнее абразивные материалы будут рассмотрены при изучении методов обработки деталей на шлифовальных станках.