Инструментальные материалы
Рабочая часть режущего инструмента, в том числе резца, должна обладать высокой твердостью, красностойкостью (выдерживать высокую температуру, не теряя твердости), высокой износостойкостью (сопротивлением абразивному истиранию), а также высокой вязкостью (сопротивлением ударной нагрузке). Поэтому материалы, из которых изготовляются рабочие части режущих инструментов, должны отвечать указанным требованиям. Для изготовления сверл, метчиков, плашек, разверток и др. применяют углеродистые стали У10А и У12А. Углеродистые стали закаливаются до твердости HRC 60—62, что делает их вполне пригодными для режущего инструмента, однако они имеют сравнительно низкую красностойкость и применяются обычно для инструментов, работающих в легких условиях (для обработки мягкой стали, алюминия, пластмасс).
Инструментальные стали, содержащие легирующие элементы (хром, вольфрам, ванадий, марганец, кремний), обладают более высокими режущими свойствами и лучшей обрабатываемостью по сравнению с углеродистыми сталями. Их красностойкость значительно выше красностойкости углеродистых сталей.
Быстрорежущие стали. Особенностью быстрорежущих сталей является высокая твердость (до HRC 65), красностойкость (до 600° С) и способность в случае перегрева восстанавливать режущие свойства после охлаждения на воздухе. Эти свойства достигаются благодаря легированию вольфрамом (до 18%) и хромом (до 4%)- Инструменты из быстрорежущей стали подвергают термической обработке — закалке и отпуску. Закалка заключается в нагреве до 1230—1260° С, выдержке до 2 мин и быстром охлаждении в масле. Режим отпуска: нагрев до 550° С, выдержка до 90 мин и медленное охлаждение на воздухе (или вместе с печью). Отпуск осуществляют троекратно. Благодаря отпуску структура металла, полученная после закалки (мартенсит), стабилизируется, снимаются внутренние напряжения, инструмент приобретает высокие режущие свойства.
По ГОСТ 5952—60 быстрорежущие стали подразделяются на стали нормальной и повышенной производительности. К быстрорежущим сталям первой группы относится Р18 (18% вольфрама), Р12 и Р9. Выпускаются также вольфрамомолибденовые быстрорежущие стали Р6МЗ (Мо 3%) и Р9М4 (Мо 4%), инструменты из которых для черновой обработки имеют преимущества перед инструментами из сталей Р18, Р12 и Р9.
К быстрорежущим сталям второй группы относятся Р9Ф2К5, Р9Ф2КЮ, Р18Ф2К5 и Р10Ф2К5, содержащие соответственно 5 и 10% кобальта. Красностойкость этих сталей достигает 650° С. Они применяются для обработки твердых и вязких конструкционных материалов (нержавеющей и жаропрочной стали, титановых сплавов). Металлокерамические твердые сплавы. Углеродистые, легированные и быстрорежущие стали плавятся, куются (обладают пластичностью), металлокерамические твердые сплавы — ненластичны, а, наоборот, обладают повышенной хрупкостью. Сырьем для их изготовления являются порошки карбидов (соединений с углеродом) вольфрама WC и титана TiC совместно с порошком кобальта Со. Порошки прессуют в пресс - формах, получая различных форм и размеров пластинки. Эти пластинки затем спекают в специальных печах при температуре до 1600° С (в водородной атмосфере).
Готовые пластинки обладают высокой твердостью —до HRA 90, красностойкость их достигает 1 000° С, а износостойкость выше, чем у быстрорежущей стали, в 3—5 раз. В зависимости от содержания карбида вольфрама, карбида титана и кобальта твердые сплавы обладают различными свойствами. Чем больше кобальта, тем сплав более вязок, лучше сопротивляется ударной нагрузке. Поэтому сплавы с большим содержанием кобальта применяют для инструментов, которыми выполняют обдирочные работы. Стальная стружка обладает способностью «прилипать» к передней поверхности инструмента и выносить за собой частички металла инструмента. Если твердый сплав содержит карбид титана, то такое «прилипание» (адгезия) наступает только при очень высокой температуре в зоне резания (выше 700°С), что соответствует скоростям резания, на которых практически работы не ведутся. Поэтому для обработки стали применяют твердые сплавы, содержащие карбид титана. При обработке чугуна стружка надлома давит на переднюю поверхность резца близко к режущей кромке, и это может вызвать поломку режущего клина. Наличие большого количества карбида вольфрама повышает твердость режущего клина, т. е. способствует увеличению работоспособности резца именно при обработке чугуна.
Таким образом расчленяются области применения твердых сплавов для инструментов. Твердые сплавы группы ВК (вольфрамокобальтовые) —для обработки хрупких материалов (чугун, бронза, фарфор, стекло), сплавы группы ТК (титановольфрамокобальто - вые) —для обработки вязких материалов (сталь, латунь). На резцах указывается марка твердого сплава. Наиболее распространенные марки стандартных твердых сплавов, применяемых для оснащения режущих инструментов - группа ВК—ВК2, ВКЗ, ВКЗМ, ВК4, В Кб, ВК6М, ВК8, ВК4В, ВК8В; группа ТК-Т30К4, Т60К6, Т15К6, Т5КЮ. Мелкозернистые твердые сплавы группы ВК (с индексом М) и крупнозернистые (с индексом В) предназначены для изготовления инструментов не только для обработки чугуна, но и закаленной, нержавеющей и жаропрочной сталей, а также вязких титановых сплавов. Промышленность выпускает трех - карбидный твердый сплав — титано - танталовольфрамокобальтовый (марка. ТТ7К12), обладающий высокой ударной вязкостью. Инструментами, оснащенными пластинками из этого сплава, успешно выполняют работы с тяжелой ударной нагрузкой, например, обрабатывают заготовки с прорезями, с наплавленной поверхностью, отливки со следами отрезанных прибылей и т. д.
