Інструментальних матеріалів

ІНСТРУМЕНТАЛЬНІ МАТЕРІАЛИ

Вимоги до фізико-механічних властивостей

інструментальних матеріалів

Працездатність інструмента можна забезпечити лише тоді, коли його робоча частина виконана з матеріалу, який має певні фізико-механічні власти-вості. Матеріали, які відповідають цим вимогам і які здатні виконувати різання, називаються інструментальними. Розглянемо основні фізико-механічні власти-вості інструментальних матеріалів.

Твердість. Для пластичного деформування припуску матеріал різального клина інструмента повинен мати високу твердість. Твердість інструментальних сталей після термооброблення вимірюють за шкалою Роквелла і подають в умовних одиницях НRС. Найбільшої стійкості лез інструментів з інструмент-тальних сталей досягають за твердості в межах НRС 63...64. За меншої твердості підвищується інтенсивність спрацювання інструментів, а за вищої твердості леза викришуються внаслідок надмірної крихкості.

Тверді сплави, мінералокераміка і синтетичні інструментальні матеріали мають високу природну твердість, яка перевищує твердість термооброблених інструментальних сталей. Так, твердість мінералокераміки і твердих сплавів досягає НRС 87...93. Твердість синтетичних інструментальних матеріалів є такою великою, що її можна порівняти із твердістю природних алмазів, тому ці матеріали оцінюють за їх мікротвердістю, яка має значення 85... 94 ГПа.

Міцність. У процесі усування стружки на робочу частину інструментів діють сили різання, які можуть набувати значення понад 10 кН. Під дією цих сил на різальному клині виникають великі напруження. Для протидії цим напруженням та руйнуванню робочої частини інструментальні матеріали по-винні мати високу міцність.

Із усіх інструментальних матеріалів найкращі характеристики міцності мають інструментальні сталі. Їх робоча частина витримує складне наванта-ження і може працювати в умовах кручення, згину та розтягування.

Далі за міцністю розташовують тверді сплави, мінералокераміку, синте-тичні інструментальні матеріали та алмази. Ці матеріали можуть витримувати значні напруження стискання, але мають невисоку міцність на згин та ще меншу межу міцності в умовах розтягу.

Температурна стійкість. Інтенсивне виділення теплоти в процесі різан-ня спричиняє нагрівання робочих поверхонь і лез інструментів. Якщо темпе-ратура різання перевищує певне критичне значення, в інструментальних мате-ріялах відбуваються структурні зміни та настає зниження твердості. Ця критична температура має назву температурної червоностійкості. В основу цього терміна покладено фізичну властивість металів, нагрітих до 600 °С, випромінювати темно-червоне світло. Інструментальні матеріали мають темпе-ратурну стійкість в широких межах – від 220 до 1800 °С. З огляду на змен-шення червоностійкості інструментальні матеріали розташовують у такому по-рядку: синтетичні інструментальні матеріали; мінералокераміка; тверді сплави; інструментальні швидкорізальні сталі; інструментальні вуглецеві сталі.

Теплопровідність. Підвищення працездатності різальних інструментів можна досягти не тільки температуростійкістю інструментальних матеріалів, але й поліпшенням умов відведення тепла, яке генерується під час різання. Теплопровідність матеріалів залежить від хімічного складу та зазнає змін із підвищенням температури різання. Вольфрам і ванадій, якими легують швидкорізальні сталі, знижують їх теплопровідність, а титан, молібден і особ- ливо кобальт помітно підвищують теплопровідні властивості інструменталь- них сталей. Це стосується і твердих сплавів, які містять карбід титану: вони мають вищу теплопровідність ніж тверді сплави, до складу яких вво- дять карбіди вольфраму.

Зносостійкість. Матеріал кожного з тіл, які беруть участь у різанні та поверхні яких перебувають у рухомому контакті, характеризується властивістю стирати матеріал, з яким вони взаємодіють та зносостійкістю як здатністю матеріалу протидіяти стиранню. В результаті обмеженої зносостійкості іструментів впродовж усього часу їх використання поверхні інструмента та його леза втрачають певну частку своєї маси, що призводить до зміни форми і розмірів робочих поверхонь. Ці процеси докладніше описані у розділі IV.