Инструментальные легированные стали

Инструментальные углеродистые стали

Инструментальные углеродистые стали обозначаются буквой У, за ней следует цифра, характеризующая массовое содержание углеро­да в стали, умноженное на 10. Буква А в конце соответствует высоко­качественным сталям с пониженным массовым содержанием примесей. Эти стали приобретают высокую твердость после термической обработ­ки (60...62 НRС_э), однако эта твердость при сравнительно невысокой температуре (200...250 °С) в зоне резания резко падает. Стали имеют ограниченное применение, так как допустимые скорости резания не превышают 15…18 м/мин. Из этих ста­лей изготовляют метчики, плашки, развертки и другие режущие ин­струменты, работающие с малыми скоростями резания.

Инструментальные легированные стали обозначаются цифрой, характеризующей массовое содержание углерода в десятых долях про­цента (если цифра отсутствует, содержание углерода 1 %), за которой следуют буквы, соответствующие легирующим элементам (Г — мар­ганец, Х — хром, С — кремний, В — вольфрам, Ф — ванадий), и цифры, обозначающие содержание элемента в процентах.

Легированные инструментальные стали, вследствие наличия леги­рующих элементов обладают по сравнению с углеродистыми сталями повышенной вязкостью в закаленном состоянии, более глубокой прокаливаемостью, меньшей склонностью к деформациям и трещинам при закалке.

Режущие свойства легированных сталей несколько выше, чем углеродистых. Допустимые скорости резания 15…25 м/мин. Для изготовления протяжек, сверл, метчиков, плашек, разверток используют стали 9ХВГ, ХВГ, ХГ, 6ХС, 9ХС и др.

1.2.3. Быстрорежущие стали

Быстрорежущие стали обозначаются буквами, соответству­ющими карбидообразующим и легирующим элементам (Р — вольфрам, М — молибден, Ф — ванадий, А — азот, К — кобальт, Т — титан, Ц — цирконий). За буквой следует цифра, обозначающая среднее мас­совое содержание элемента в процентах. Массовое содержание азота указывается в сотых долях процента. Цифра, стоящая в начале обозначения стали, указывает содержание углерода в десятых долях процента.

Режущие свойства быстрорежущих сталей определяются объемом основных карбидообразующих элементов — вольфрама, молибдена, ванадия — и легирующих элементов — кобальта, азота. Ванадий в связи с малым массовым содержанием (до 3 %) обычно не учитывает­ся, и режущие свойства сталей определяются, как правило, вольфра­мовым эквивалентом, равным (W + 2Мо) %. Эти стали могут работать со скоростями резания до 80 м/мин.

В зависимости от химического состава быстрорежу­щие стали разделены на вольфрамовые, вольфрамомолибденовые, молибденовые, стали с высоким содер­жанием ванадия (вольфрамованадиевые), кобальтовые, а также безвольфрамовые стали.

По эксплуатационным свойствам современные быст­рорежущие стали можно классифицировать на три груп­пы: обычной (теплостойкость 620° С), повышенной (630…640°С) и высокой (700…725°С) производительности.

В первую группу входят вольфрамовые, вольфрамомолибденовые и безвольфрамовые стали; во вторую — вольфрамованадиевые, вольфрамомолибденовые с повы­шенным содержанием углерода и кобальтовые; в тре­тью — стали с интерметаллидным упрочнением.

Быстрорежущие стали Р18 и Р9 хорошо сохраняют твердость 62...64 HRC_э при многократном нагреве до 615...620 °С и особенно эффективны для обработки сталей с пределом прочности до 900...1000 МПа и чугунов с твердостью НВ 270...280.

Сталь Р18 в большинстве случаев превосходит сталь Р9 по производительности при резании конструкционных сталей повышенной прочности. Основное преимущество стали Р18 — меньшая чувствительность к перегреву, кроме того, она лучше обрабатывается шлифовани­ем, чем Р9. Поэтому, несмотря на большую стоимость стали Р18, ее следует применять для инструментов, подвергающихся значительному, профильному шлифованию.

Сталь Р9 рекомендуют для изготовления инструментов простой формы (резцов, фрез, зенкеров). Для фасонных и сложных инстру­ментов (для нарезания резьб и зубьев), для которых основным тре­бованием является высокая износостойкость, рекомендуют исполь­зовать сталь Р18.

Сравнительно новой является быстрорежущая сталь Р12, в которой сочетаются несколько более высокие прочность, пластичность и красностойкость. Режущие свойства стали Р12 чуть выше, чем у стали Р18, в ин­струментах с тонкой рабочей кромкой (протяжки, мет­чики, фрезы и т. п.) и немного ниже в инструментах простой формы, например резцах для обработки более твердых материалов. Сталь Р12 на 30% дешевле, чем сталь Р18, и применяется для изготовления всех видов инструмента.

Кобальтовые быстрорежущие стали (Р9К5, Р9К10) применяют для обработки деталей из труднообрабатываемых коррозионностойких и жаропрочных сталей и сплавов, в условиях прерывистого резания, вибраций, недостаточного охлаждения.

Ванадиевые быстрорежущие стали (Р9Ф5, Р14Ф4) рекомендуют для изготовления инструментов для чистовой обработки (протяжки, развертки, шеверы). Их можно применять для обработки трудно­обрабатываемых материалов при срезании стружек небольшого поперечного сечения.

Вольфрамомолибденовые стали (Р9М4, Р6М5) используют для инструментов, работающих в условиях черновой обработки, а также для изготовления протяжек, долбяков, шеверов, фрез, метчиков, сверл

Разработаны и нашли практиче­ское применение быстрорежущие стали высокой тепло­стойкости — стали с интерметаллидным упрочнением марок В11М7К23, В4М12К23 и др. Их теплостойкость достигает 700…725°С, а вторичная твердость составляет 68…69 HRC. Данные стали используют для точения, строгания и фрезерования труднообрабатываемых мате­риалов.

Преимущества инструментов, изготовленных из ста­лей с интерметаллидным упрочнением, состоят в сле­дующем: при обработке титановых сплавов их стойкость в 30…40 раз выше по сравнению со сталью Р18 и в 8…15 раз выше, чем инструментов, оснащенных твердым сплавом ВК8, а при резании аустенитных жаропрочных и нержавеющих сталей стойкость в 10…20 раз выше, чем инструментов из кобальтовых сталей. При обра­ботке конструкционных сталей и чугунов преимущества рассматриваемых инструментальных сталей менее зна­чительны и состоят в повышении стойкости в 3…4 раза по сравнению со сталью Р18.

При обработке труднообрабатываемых материалов находят применение порошковые быстрорежущие стали Р6М5-П и Р6М5К5-П. Высо­кие режущие свойства этих сталей определяются особой мелкозерни­стой структурой, способствующей повышению прочности, уменьшению радиуса скругления режущей кромки, улучшенной обрабатываемости резанием и в особенности шлифованием. Недостаток порошковых ста­лей — трудность получения высокой карбидной однородности.

Быстрорежущие стали изготавливают в виде про­ката, а также в виде режущих пластин, которые наваривают на стальной корпус.

1.3. Твердые сплавы

Твердые (металлокерамические) сплавы. Их получают методами порошковой металлургии. Они содержат смесь зерен карбидов, нитридов, карбонитридов тугоплавких металлов и связывающих материалов. Стандартные марки твердых сплавов выполнены на основе карбидов вольфрама WC, титана TiC, тантала TaC. Кобальт Со в со­ставе твердых сплавов является цементирующей связкой.

Пластинки твердого сплава (HRA 86…92) обладают высокой износостойкостью и красностойкостью (800…1000°С), что позволяет вести обработку со скоростями резания до 800 м/мин.

В зависимости от состава карбидной фазы и связки обозначение твердых сплавов включает буквы, характеризующие карбидообразующие элементы (В — вольфрам, Т — титан, вторая буква Т — тантал) и связку (буква К — кобальт). Массовая доля карбидообразующих элементов в однокарбидных сплавах, содержащих только карбид воль­фрама, определяется разностью между 100 % и массовой долей связки (цифра после буквы К). В двухкарбидных WC + TiC сплавах цифрой после буквы карбидообразующего элемента характеризуется мас­совая доля карбидов этого элемента, следующая цифра — массовая до­ля связки, остальное — массовая доля карбида вольфрама (напри­мер, сплав Т15К6 содержит 15 % TiC, 6 % Со и 79 % WC).

В трехкарбидных сплавах цифра после букв ТТ означает массовую долю карбидов титана и тантала. Цифра за буквой К — массовая доля связки, остальное — массовая доля карбидов вольфрама.

Стандартом ИСО выделены три группы (Р, К и М) применяемости твердосплавного режущего инструмента: Р — для обработки материа­лов, дающих сливную стружку; К — для обработки материалов, да­ющих стружку надлома; М — для обработки различных материалов универсальными твердыми сплавами.

Твердые сплавы обычно изготовляются в виде пластинок путем спекания при температуре 1500° С в электрических печах. Кроме готовых пластин выпускают также заготовки в соответствии с ОСТ 48-93—81; обозначение заготовок то же, что и готовых пластин, но с добавлением буквы 3.

Основное преимущество инструмента, оснащенного пластиной на твердого сплава, — это то, что его режущие свойства не уменьшаются при температуре нагрева до 800...900 °С. Поэтому такие инструменты могут применяться для обработ­ки твердых металлов, включая закаленные стали, и неметаллических труднообрабатываемых материалов. Недостаток твердых сплавов — их хрупкость.

Вязкость отдельных марок твердых сплавов (а следователь­но, и их хрупкость) зависит от содержания кобальта (К): чем меньше массовая доля К, тем меньше вязкость. При увеличе­нии в сплавах содержания ко­бальта в диапазоне 3...10 % предел прочности при попереч­ном изгибе, ударная вязкость и пластическая деформация воз­растают. С ростом содержания кобальта в сплаве его стойкость при резании снижается, а эксп­луатационная прочность растет.

Полученные закономерности положены в основу практических реко­мендаций по рациональному применению конкретных марок сплавов. Так, сплавы типа ВК3, ВК4 применяют для инструментов на чис­товых операциях, когда толщина срезаемых стружек невелика. При снятии стружек большого сечения применяют сплавы, содержащие по­вышенное количество кобальта, например ВК8, ВК10-М, Т14К8 и др. Однокарбидные сплавы группы ВК, как менее хрупкие, применяют при резании чугунов и других хрупких материалов.

Режущие свойства твердых сплавов зависят также от структуры. При одинаковом содержании кобальта физико-механические и режу­щие свойства сплавов в значительной мере определяются зернистостью карбидной фазы, главным образом средним размером зерен карбида вольфрама. Современные технологические процессы позволяют получить твердые сплавы, в которых средний размер зерен карбидной составляющей может быть от долей микрометра до 10...15 мкм.

С увеличением размера зерен карбидовольфрамовой фазы сплава твердость, модуль упругости, сопро­тивление абразивному изнашиванию, стойкость при резании чугуна уменьшаются, а предел прочности при изгибе растет. Эта закономерность широко используется при создании сплавов различного назначения с заданными свойствами. В СССР первыми такими сплавами были мелкозернистые сплавы ВК3-М и ВК6-М, показавшие хорошие результаты при обработке твердых чугунов, закаленных и коррозионно-стойких сталей, а также других труднообрабатываемых материалов. Кроме того, мелкозернистые сплавы с повышенным содержанием кобальта, например ВК10-М, применяют для оснащения цельнотвердосплавного мелкоразмерного инструмента: сверл, зенкеров, разверток и фрез различных типов.

Пластины твердых сплавов припаивают (или наклеивают) или прикрепляют механически к стальному корпусу. Наибольшее распростра­нение получили сменные многогранные пластины со стружколомающими элементами, сформированными при прессовании или последую­щей их обработке.

Многогранные сменные пластины выпускаются как из стандартных марок твердых сплавов, так и из стандартных сплавов с покрытиями различными композитами: TiC, TiN, Al₂O₃ и др. Последние обладают в 2…3 раза большей стойкостью. Толщина покры­тия стандартных марок твердых сплавов карбидом титана составляет 3…10 мкм. На стандартных марках твердого сплава, покрытого нитридом титана, подставляется маркировка КИБ, а к обозначению групп ISO — буква С.

Трехкарбидные сплавы, содержащие карбиды вольфрама, титана и тантала, отличаются повышенной износостойкостью, прочностью и вязкостью. Их применяют при обработке труднообрабатываемых сталей аустенитного класса.

Для обработки жаропрочных сплавов на никелевой основе и тита­новых сплавов применяют пластины из твердого сплава группы ВК, не содержащие в своем составе титана. Сложнофасонный твердосплавный инструмент (относительно небольших размеров) изготовляют из пластифицированных заготовок, которые легко обрабатываются на ме­таллорежущих станках. После обработки пластифицированные заго­товки спекаются и затем подвергаются окончательной обработке: шли­фованию, заточке, доводке.

Помимо стандартных твердых сплавов выпускаются также пласти­ны из специальных сплавов. Сплавы этой группы обладают более высокими режущими свойствами. Обо­значение сплава состоит из букв МС и трехзначного (для пластин без покрытий) или четырехзначного (для пластин с покрытием карбидом титана) числа, например, МС 131, МС 1460. Первая цифра соответст­вует области применения сплава по классификации ИСО (1 — обработ­ка материалов, дающих сливную стружку; 3 — обработка материалов, дающих стружку надлома; 2 — область обработки, соответствующая области М по ИСО); 2-я и 3-я цифры характеризуют подгруппу приме­няемости; 4-я цифра — наличие покрытия.

С целью экономии дефицитных элементов разработано и освоено изготовление безвольфрамового и маловольфрамового твердосплавного инструмента. Хорошие результаты при чистовой и получистовой обработке низколегированных и углеродистых сталей, цветных метал­лов на основе меди, чугунов, никелевых сплавов дают безвольфрамо­вые сплавы марок ТН20, КНТ16 (СССР). Фирма «Тошиба» (Япония) разработала маловольфрамовые твердые сплавы марок № 308, № 350, которые могут эффективно применяться при точении и фрезеровании на легких и средних режимах резания.

Получены положительные результаты испытаний отечественного маловольфрамового твердого сплава ТВ-4, разработанного Минцветметом, сплава КТ2С, созданного в ИПМ АН УССР, и др.

Дата добавления: 2014-12-26