Отличаются от углеродистых наличием в своем составе легирующих карбидообразующих элементов. Широко применяемые марки ХВГ, 9ХС, Х6ВФ

Инструментальные легированные стали

Характеристика и область применения

Маркировка и свойства инструментальных углеродистые сталей

Применение ИРМ при металлообработке

Показатели	Быстрорежущие стали	Твердые сплавы	Режущая керамика и СТМ
Объем выпуска, %
Объем снимаемого припуска, %

Широко применяемые марки: У8А, У10А, У12А,

Расшифровка марки: У – углеродистая сталь; 10 – содержание углерода в десятых долях %; А – высококачественная сталь (пониженное содержание вредных примесей – серы и фосфора. Допустимое содержание <00,2…0,03%).

У10А содержит 7,16 % карбида кремния, цементитная структура, 1% С. Твердость после термообработки НRCэ 60…63

Недостатки по функциональным свойствам: низкая теплостойкость (около 200^ОС), не позволяющая развивать высокую скорость резания (V»20 м/мин).

Недостатки по технологическим свойствам: низка прокаливаемость, возникают деформации при термообработке.

Область применения: в основном ручной и деревообрабатывающий инструмент. Возможно изготовление инструмента, работающего с низкими скоростями резания, - метчиков и резьбовых плашек.

Достоинства: тонкое лезвие (малый радиус скругления режущей кромки), высокие механические характеристики (s_И » 2000-2500 МПа). Хорошо обрабатываются резанием и давлением.

Марка	Твердость HRCЭ	Теплостой- кость, ^ОС	% карбидной фазы	sВ, МПа	Область применения
У7, У7А	62…64	200…220	10…12		Дереворежущие ручные инструменты: пилы, стамески, отвертки …
У8, У8А	62…64	200…220	11…13
У10, У10А	63…65	200…250	14…16		+ мелкоразмерный РИ, зубила
У12, У12А	63…66	200…250	17…18		метчики, плашки

Расшифровка марки:

Начальная цифра – содержание углерода в десятых долях % (нет цифры» 1%);

Буква – обозначение легирующего элемента (Г –марганец, Х – хром, С – кремний, В – вольфрам, Ф – ванадий).

Цифра после буквы – содержание легирующего элемента в % (нет цифры» 1%).

Состав стали ХВГ: С=0.9-1%, Cr=0.9-1.2%, W=1.2-1.6%, Mn=0.8-1%. Содержание карбидной фазы 14-16%.

Режущие свойства инструментальных сталей повышаются с увеличением % металла, связанного в карбидные зерна.

Характеристика и область применения

Марка	Твердость HRCЭ	Теплостой- кость, ^ОС	% карбидной фазы	sИ, МПа	Область применения
11ХФ	63…66	200…250	15…17		Метчики, плашки
9ХС	63…66	240…250	12…14		Клейма
ХВГ	63…66	200…220	14…16		Калибры, протяжки
Х6ВФ	59…61	»400	12…14		Резьбонакатной инструмент

Быстрорежущие стали (ГОСТ 19265-73)

Отличаются высоким содержанием карбидообразующих элементов

Стали нормальной производительности (Р18, Р9, Р6М5) обеспечивают скорость резания V=35-50 м/мин. По объему выпуска быстрорежущих сталей 90-95 % приходится на сталь Р6М5. Широко используются для изготовления всех видов режущих инструментов.

Стали повышенной производительности (Р6М5К5, 10Р6М5К5, Р9М4К8) обеспечивают скорость резания V=65-70 м/мин. Используются для изготовления мерных инструментов (сверла, развертки, метчики), фасонных инструментов (фасонные резцы, фрезы), при резании труднообрабатываемых материалов.

Расшифровка марки стали:

Начальная цифра – содержание углерода в десятых долях % (нет цифры» 1%);

Буква – обозначение легирующего элемента (Р – вольфрам, М – молибден, К – кобальт, А - азот, Ф – ванадий, Т – титан, Ц – цирконий, Б - ниобий).

Цифра после буквы – содержание легирующего элемента в % (нет цифры» 1%).

Влияние легирующих элементов:

Чем больше % Со, тем выше твердость и теплостойкость. Однако при содержании кобальта >10% значительно снижается прочность.

Чем больше % Va, тем выше теплостойкость, но снижается шлифуемость. 1% Va может заменить 3% W с потерей шлифуемости.

Характеристика и область применения

Марка	Твердость HRCЭ	Теплостой- кость, ^ОС	sИ, МПа	Область применения
Р18	63…66			Все виды РИ
Р9	63…66			РИ простой формы
Р6М5	63…66			Все виды РИ
Р9К5	64…67			РИ для обработки материалов повышенной твердости
Р6М5К5	64…67
Р9М4К8	65…67

· Основные направления совершенствования быстрорежущих сталей.

1 Замена особо дефицитных карбидообразующих легирующих элементов. Вольфрам заменяется молибденом (Р18 заменяется Р6М5), ванадий заменяется титаном, ниобием и танталом.

2 Повышение содержания углерода до 1%. При этом повышается износостойкость и расширяется интервал закалочных температур (Р6М5 - 0,8 % С, 10Р6М5 - 1% С).

3 Создание маловольфрамовых быстрорежущих сталей с комплексным легированием (Р3М3Ф3Б2) с целью экономии вольфрама.

4 Создание безвольфрамовых быстрорежущих сталей с повышенным содержанием углерода (11М5Ф, 15М5Х5Ф5С).

5 Улучшение качества быстрорежущих сталей за счет легирования азотом (Р6АМ5).

6 Применение порошковых быстрорежущих сталей. Достоинства: высокая ударная вязкость, улучшенная шлифуемость, малая карбидная неоднородность (для чистовых инструментов Р6М5К5МП). При помощи порошковой металлургии можно довести содержание углерода до 2%, ванадия до 8-9 %, кобальта до 18%. Порошковый метод позволяет использовать металлолом быстрорежущих сталей, превращая его в порошок, а затем в высококачественную сталь (это безотходная технология).

7 Улучшение качества РИ за счет износостойких покрытий TiC, TiN. Толщина пленки покрытий 3...8 мкм. Обеспечивается повышение стойкости (до 5-ти раз), снижение шероховатости обработанной поверхности.

8 Создание карбидосталей методом порошковой металлургии. При этом повышается твердость и теплостойкость материала, однако ухудшаются технологические свойства. Примеры: Р6М5+20% TiC, Р6М5К5+20% TiC

Твердые сплавы (ГОСТ 3882-74)

Содержат зерна карбидов, нитридов, карбонитридов тугоплавких металлов в металлических связках.

Твердость 17-24*10³ HV, теплостойкость 800-1000^ОС. Однако твердые сплавы более хрупкие и менее прочные (s_И=1100-1800 МПа), имеют худшие технологические свойства.

· Группы твердых сплавов:

Группа ВК – карбиды вольфрама + кобальтовая связка. ВК6 – 6% кобальта, 94% карбидов вольфрама. Основная область применения РИ для обработки чугунов и цветных сплавов.

Группа ТК – карбиды вольфрама + карбиды титана + кобальтовая связка. Т15К6 – 6% кобальта, 15% карбидов титана, 79% карбидов вольфрама. Основная область применения РИ для обработки конструкционных сталей.

Группа ТТК – карбиды вольфрама + карбиды титана + карбиды тантала + кобальтовая связка. ТТ7К12 – 12% кобальта, 7% карбидов титана и карбидов тантала, 81% карбидов вольфрама. Основная область применения РИ для обработки сталей в тяжелых условия (черновая обработка по корке, прерывистое резание с ударами).

Влияние химических элементов на функциональные свойства:

Увеличение % Со повышает вязкость и прочность.

Увеличение % Та повышает прочность.

· Развитие структуры твердых сплавов.

1. Добавки карбида тантала (ТаС) улучшают физико-механические и эксплуатационные свойства (замена группы титано-кобальтовых сплавов на группу титано-тантало-кобальтовых ТТК).

ТТ7К12 - используется при особо неблагоприятных условиях обработки сталей.

ТТ10К8Б – сплав создан для тяжелых условий резания труднообрабатываемых материалов.

ТТ20К9 - обладает хорошим сопротивлением термомеханическим и циклическим нагрузкам.

ТТ8К6 - обладает хорошим сопротивлением абразивному истиранию, следовательно, повышается износоустойчивость при чистовой обработке.

2. Создание мелкозернистых и особомелкозернистых твердых сплавов (ВК6М, ВК6ОМ). Применяется при обработке труднообрабатываемых материалов особенно при работе в диапазоне скоростей наростообразования. Появляется возможность качественно получать режущие кромки у мелкоразмерных РИ. В состав мелкозернистых твердых сплавов дополнительно входят ТаС до 2%, ванадий до 1% как замедлители роста зерен. Дефицитный тантал может быть замене хромом; легирование твердого сплава карбидом хрома увеличивает твердость и прочность ИРМ при повышенных температурах. Примеры - ВК10ХОМ, ВК15ХОМ.

3. Использование безвольфрамовых твердых сплавов (ТН20, КНТ-16, ТВ4).

КНТ16 - карбид-нитрид титана TiCN - 84%, NiMo - 16%. По применению аналог Т15К6.

4. Применение твердых сплавов с износостойкими покрытиями

- Однослойные покрытия карбид титана ТiC, нитрид титана TiN, нитрид ниобия NbN, нитрид циркония ZrN толщиной 3-8 мкм.

- Композиционные покрытия (Mo+Cr)N, (Nb+Zr)N толщиной 3-8 мкм.

- Многослойные покрытия Al₂O₃+TiC+ TiCN+TiN + подложка

Зарубежная маркировка твердых сплавов не раскрывает их химического состава. Например, сплав с маркировкой МС… расшифровывается как «Твердый сплав производства фирмы Москва – Сандвик».

Инструментальная режущая керамика

Материалы инертны по отношению к железу, поэтому обладают высокой износостойкостью, размерной стойкостью. Инертность к железу обеспечивает понижение химической активности и адгезионного взаимодействия с обрабатываемым материалом.

Разновидности керамики:

1. Оксидная на основе Al₂O₃ - ЦМ332, ВО13, ВШ75

2. Оксидно-корбидная (Al₂O₃+TiC) - BOK60, BOK 71

3. Оксидно-нитридная (AL₂O₃+TiN) - картинит

4. Нитридная керамика (Si₃N₄) – силинит-Р

Применяется в основном для обработки чугунов, цветных металлов, закаленных сталей. Могут быть использованы для чистовой и получистовой обработки нетермообработанных материалов.

Особенности:

- сравнительно невысокая прочность (s_И=450-650 МПа);

- высокая теплостойкость порядка 1200-1400^ОС;

- высокие скорости резания (V»300-400 м/мин), требующие для их реализации металлорежущие станки с повышенной мощностью привода главного движения и жесткой технологической системой;

- твердость порядка 20-30 * 10³ HV;

Материалы используются в виде сменных многогранных пластин (СМП) для оснащения сборных РИ.

Синтетические сверхтвердые материалы (СТМ)

Материалы инертны по отношению к железу, имеют низкий коэффициент трения.

· Композиты используются для обработки железосодержащих материалов. Применяются в виде поликристаллов для лезвийных РИ.

Широко применимые марки К01- эльбор Р, К02 – белбор, К05 – кубический нитрид бора, К10 – гексанит, К10Д – двухслойный материал с подложкой из ТС.

Достоинства: высокая теплостойкость порядка 1500^ОС, высокая твердость HV»80 * 10³.

Недостаток: невысокая прочность s_И » 500-800 МПа.

Область применения: Точение закаленных сталей и чугунов. Фрезерование сталей любой твердости и чугунов.

Режимная часть: скорость резания Vрез=1000-3000 м/мин, минутные подачи Sмин до 10-14 м/мин, глубина резания t»2 мм.

· Синтетические алмазы используются для обработки цветных металлов и сплавов. Применяются в виде поликристаллов для лезвийных РИ.

Широко применимые марки: АСПК – карбонадо, АСБ - баллас.

Особенности: теплостойкость порядка 600-950^ОС, высокая твердость HV»80 * 10³. Недостаток: невысокая прочность s_И » 500-800 МПа.

Область применения: чистовая обработка цветных металлов и сплавов, титановых сплавов, неметаллических материалов.

Режимная часть: скорость резания Vрез до 1000-3000 ммин., глубины резания t до1 мм., подача на зуб Sz»0,03 - 0,3 мм/зуб.

Уникальная особенность: при понижении скорости резания стойкость монотонно повышается в десятки и сотни раз.

Дата добавления: 2014-01-20