Инструментальные материалы

Требования, предъявляемые к инструментальным материалам (ИМ) обусловлены теми условиями, в которых находятся рабочие поверхности инструмента. Для осуществления процесса резания нужно чтобы твердость инструментального материала была выше твердости материала заготовки, следовательно первым требованием является – высокая твердость ИМ.

Также режущей клин РИ должен выдерживать высокие нагрузки без хрупкого разрушения. Отсюда следует, что ИМ должен обладать высокой прочностью.

В связи с тем, что процесс резания сопровождается высокими температурами резания, ИМ должен сохранять необходимую твердость при высоких температурах, т. е. иметь высокую теплостойкость. Теплостойкость характеризуется критической температурой, превышение которой ведет к потере режущих способности РИ. Для эффективного выведения тепла от зоны резания и снижения тепловой напряженности как поверхности заготовки, так и самого режущего клина ИМ должен иметь высокую теплопроводность. С увеличением теплопроводности снижается вероятность возникновения прижогов и термических трещин на контактных площадках РИ при его заточке.

Процесс резания сопровождается интенсивным трением контактных площадок РИ о стружку и поверхности заготовки, поэтому ИМ должен обладать высокой износостойкостью. Кроме этого ИМ должен обладать низкой склонностью к схватыванию с обрабатываемым материалом, т. е. иметь низкую химическую активность с материалом заготовки.

Для снижения стоимости инструмента ИМ должен содержать в своем составе как можно меньше дефицитных элементов.

Для изготовления РИ применяются следующие ИМ:

- углеродистые и легированные инструментальные стали;

- быстрорежущие стали;

- твердые сплавы;

- минералокерамика;

- сверхтвердые материалы.

Углеродистые и легированные инструментальные стали в связи с низкой теплостойкостью для производства высокопроизводительного РИ не применяют. Основная область применения – ручной РИ, мерительный РИ; исключение – некоторые легированные стали применяют для изготовления протяжек.

Быстрорежущие стали. Доля РИ из быстрорежущей (БРС) стали (в общем объёме РИ) составляет до 45 %. Повышенная теплостойкость БРС предопределяется введением в их состав легирующих элементов (W, Mo, Cr, V и Co), образующих сложные карбиды, которые связывает практически весь углерод. Теплостойкость быстрорежущих сталей до 580…700 ^оС. Высокая твёрдость БРС (63…70 HRC_э), прочность на изгиб и сжатие связаны с превращением (переходом) остаточного аустенита в мартенсит, а также с дисперсионным упрочнением сталей в результате выделения карбидов не растворившихся при закалки.

По уровню теплостойкости БРС делятся на три группы (табл. 1):

1. Стали нормальной теплостойкости – вольфрамовые (Р18, Р9, Р12) и вольфрамомолибденовые (Р6М5,Р8М3).

2. Стали повышенной теплостойкости – вольфрамокобальтовые (Р9К5, Р9К10, Р6М5К5), вольфрамованадивые (Р12Ф3, Р6М5Ф3).

3. Стали высокой теплостойкости (В11М7К23, В14М7К25).

Находят применение маловольфрамовые (Р2М5, Р3М3 (теплостойкость ~ 580 ^оС)), маловольфрамовые легированные (Р3М3Ф3 (теплостойкость ~ 600 ^оС)) и безвольфрамовые (11М5Ф (теплостойкость ~ 620 ^оС)) БРС.

Быстрорежущие стали зарубежных производителей имеют общее обозначение HSS – high speed steel. Конкретные марки в разных странах и у разных производителей имеют собственные обозначения.

Таблица 4