Стали для режущего инструмента

Требования к свойствам материалов для режущего инструмента

Сущность и назначение диффузионной металлизации

Заключается в насыщении поверхностного слоя стальных деталей металлами

Алитирование - насыщение поверхности металлических изделий алюминием. Алитированный слой хорошо защищает от окисления изделия, эксплуатируемые при повышенных температурах (до 1100°С). В результате алитированная сталь приобретает высокую окалиностойкость и коррозионную стойкость.

Способы алитирования: в порошкообразных смесях и в расплавленном алюминии.

Хромирование – поверхностное насыщение хромом. Повышает коррозионную стойкость, окалиностойкость, кислотостой-кость. Хромирование средне- и высокоуглеродистых сталей повышает твердость.

Способы: в порошкообразных смесях, газовое.

Разработаны и внедряются: титанирование и цинкование.

Высокая твердость, что обеспечивает сопротивление материала пластическим деформациям под воздействием высоких контактных напряжений.

Теплостойкость, т.е. способность сохранять высокую твердость при высоких температурах: Кр60 = 600 – красностойкость (материал сохраняет НRC=60 после 4-х часового нагрева при 600°С);

Высокий предел прочности и ударная вязкость. Твердость должна быть максимально возможной т.е. такой, при которой механические свойства материала обеспечивают работу инструмента без поломок и сколов режущей кромки.

Высокая жесткость (модуль упругости), что снижает упругие деформации в процессе резания и обеспечивает меньшую шероховатость обрабатываемой поверхности и точность размеров.

Высокая теплопроводность и теплоемкость при резании в одинаковых условиях режущая кромка нагревается тем меньше, чем выше теплопроводность и теплоемкость инструментального материала.

Минимальный коэффициент теплового расширения. Объемные изменения при нагреве и охлаждении инструмента приводят к развитию термической усталости, кроме того, изменения размеров инструмента в процессе резания снижают точность обработки.

Высокая химическая устойчивость это предотвращает или снижает вероятность появления адгезии (схватывания)

Углеродистые и легированные инструментальные стали не обладают теплостойкостью (до 200°С). Высокая твердость сталей достигается только за счет мартенситного превращения.

Углеродистые инструментальные стали не обладают достаточной прокаливаемостью Из них можно изготавливать только инструменты небольших размеров. Закалка этих сталей производится с охлаждением в воде, что определяет высокую вероятность коробления или даже появления трещин.

Низколегированные стали 11ХФ, 13Х и др. имеют невысокую прокаливаемость (до 20 мм), их преимущество перед углеродистыми — улучшенная закаливаемость. Стали получают высокую твердость 62—64 HRC после закалки в масле.

Комплексно легированные стали ХВГ, ХВСГ, 9ХС прокаливаются при закалке в масле в сечениях 20—100 мм, это стали глубокой прокаливаемости.

После окончательной термической обработки стали получают твердость 60—63 HRC, предел прочности 2000—2500 МПа. Поскольку стали этой группы не обладают теплостойкостью, основная область их применения — инструменты, работающие с низкими скоростями резания (до 5—10 м/мин). Это ручной слесарный инструмент (метчики, плашки, развертки, напильники), протяжки. Из сталей этой группы изготавливаются также сверла.

46. Быстрорежущие стали: общая характеристика, классификация, маркировка, применение

Особенность быстрорежущих сталей — теплостойкость (свыше 600°С), которая достигается сложным механизмом упрочнения сталей этого класса, сочетающим мартенситное превращение с последующим дисперсионным твердением. Основными легирующими компонентами быстрорежущих сталей являются вольфрам и (или) молибден, в их состав также обязательно входят хром и ванадий. В зависимости от наличия W и Мо стали подразделяются на вольфрамовые, вольфрамомолибденовые и молибденовые.

Маркировка быстрорежущих сталей: Р18, Р6М5, 10Р6М5, Р12Ф3

- «Р» - от английского «Rapid» — скорый;

- цифра после «Р» показывает содержание вольфрама в %.

Содержание хрома во всех быстрорежущих сталях составляет около 4% и в марке не указывается. Не указываются также ванадий (Ф) при его содержании до 2% и углерод при содержании 0,7-0,9%.

Стали нормальной теплостойкости. К ним относятся вольфрамовые (Р18, Р12, Р9) и вольфрамомолибденовые (Р6М5) стали, имеющие твердость 63-65 HRC, теплостойкость до 620°С. Предназначены для обработки сталей (σв до 1000 МПа), чугунов (твердостью до 280 НВ) и цветных металлов и сплавов, имеющих хорошую обрабатываемость резанием (медных, алюминиевых, цинковых).

Стали повышенной теплостойкости:

-высокоуглеродистые 10Р6М5: повышенная твердость (до 66 HRC), применяют для изготовления инструмента, у которого лимитируется размерный износ (развертки, метчики, зенкеры), а также для обработки улучшенных сталей повышенной твердости — 260-300НВ;

-высокованадиевые Р12Ф3, Р6М5Ф3 обладают повышенной износостойкостью. Наличие карбида ванадия значительно ухудшает шлифуемость сталей. Твердость 65-66HRC и теплостойкость до 630°С. Ццелесообразно использовать для чистовых инструментов, а также при обработке материалов, обладающих абразивными свойствами;

-кобальтовые Р9К5, Р6М5К5, Р12Ф4К5: наиболее высокая твердость (до 70HRC) и теплостойкость (до 650 °С), применяют для обработки жаропрочных и нержавеющих сталей и сплавов, а также материалов с высокой твердостью (до 40 - 45 HRC).

Особенности термообработка быстрорежущих сталей:

нагрев под закалку до 1240-1260 °С (для растворения карбидов в аустените) проводится ступенчато;

охлаждение в масле или расплавах солей и на воздухе;

двух-, трехкратный высокий отпуск (550-570°С);

в некоторых случаях применяется обработка холодом;

структура после ТО: мартенсит, карбиды и остаточный аустенит.

47. Штамповые стали: общая характеристика, классификация, свойства

Штамповые стали для холодного деформированиядолжны иметь высокие твердость и прочность, высокую износостойкость, удовлетворительную вязкость и высокую прокаливаемость. Вместе с тем эти стали должны давать минимальные объемные изменения при закалке, что особенно важно для штампов сложной формы.

Для штампов простой формы и небольших размеров применяют углеродистые стали У10А—У12А. Ввиду небольшой прокаливаемости их следует применять для относительно легких условий работы (при малых степенях деформаций и незначительной твердости штампуемого материала).

Накатные ролики и плашки, фильеры для волочения изготавливают из высокохромистых сталей Х12Ф1 и Х12М, обладающих высокой износостойкостью и повышенной теплостойкостью. Стали подвергают различным режимам термической обработки, после которых они приобретают твердость свыше 60HRC. Указанную твердость стали получают после закалки с температуры 1050—1070 °С, с охлаждением в масле. Структура закаленной стали — мартенсит, карбиды и остаточный аустенитНедостатком высокохромистых сталей является снижение прочности от поверхности к центру изделия из-за сильной карбидной неоднородности (ликвации). Кроме того, в отожженном состоянии они имеют повышенную твердость (до 270НВ), что затрудняет обработку резанием.

СтальХ6ВФ менее склонна к карбидной ликвации, но имеет меньшую прокаливаемость, чем высокохромистые. Сталь 9Х5Ф имеет еще меньшую карбидную неоднородность, чем предыдущие, но и обладает меньшей прокаливаемостью.

Штамповые стали для горячего деформирования должны обладать высоким сопротивлением пластической деформации, высокой теплостойкостью и высокой разгаростойкостью, т.е. высоким сопротивлением термической усталости.

Стали для молотовых штампов наряду с перечисленными свойствами должны иметь высокую ударную вязкость и высокую прокаливаемость, они должны иметь однородные механические свойства по сечению. Это достигается при легировании сталей никелем, молибденом и вольфрамом. Молотовые штампы изготавливают главным образом из сталей марок 5ХНМ, 5ХГМ, 5ХНВ, 5ХНТ.

Прессовый инструмент, а также штампы для горизонтально-ковочных машин изготавливают из сталей ЗХ2В8Ф, 4Х5В2ФС, 4Х5В4ФСМ, 4Х2В5ФМ и др. Штампы этого назначения находятся длительное время в контакте с горячим металлом, работают с меньшими динамическими нагрузками, чем молотовые штампы. Поэтому стали, из которых они изготавливаются, должны иметь повышенную теплостойкость.

Температурные режимы работы деталей пресс-форм для литья под давлением алюминиевых и медных сплавов и горячих штампов идентичны. Поэтому для пресс-форм применяют те же стали, что и для прессового инструмента.

48. Твердые сплавы: общая характеристика, структура, классификация. свойства

Твердые сплавы — это материалы, состоящие из зерен карбидов или карбонитридов тугоплавких металлов, соединенных металлической связкой.

Основной фазой твердых сплавов являются карбиды или карбонитриды в количестве 80% и более. Твердые сплавы имеют высокие твердость 87—92 HRA (HRC = 2HRA - 104) и теплостойкость (800—1100°С), поэтому допустимые скорости резания при использовании твердосплавного инструмента также высокие — 100-300 м/мин.

В зависимости от типа твердой фазы — карбиды, карбонитриды — и металла-связки твердые сплавы делятся на следующие четыре группы:

WC—Со — вольфрамокобальтовые типа ВК;

WC+TiC—Со — титановольфрамокобальтовые типа ТК;

WC+TiC+ТаС—Со — титанотанталовольфрамокобальтовые типа ТТК;

TiC или TiCN—(Ni + Mo) — безвольфрамовые типа ТН и КНТ.

49. Режущая керамика и сверхтвердые материалы: общая характеристика, структура, классификация, свойства

Режущая керамика не содержит металла-связки, в ее состав входят только твердые компоненты — оксиды, карбиды, нитриды. Поэтому керамика имеет весьма высокие теплостойкость (1200—1400 °С) и твердость (до 96HRA), что позволяет выполнять резание со скоростями 400—600 м/мин. Отсутствие пластичной фазы в структуре керамики определяет высокую хрупкость и низкую прочность режущей керамики.

По составу режущую керамику подразделяют на: оксидную — Аl2О3 (99%) с добавками оксидов магния и циркония (белая); оксидно-карбидную Аl2О3 (60-80%) с оксидами и карбидами тугоплавких металлов (черная); оксидно-нитридную Аl2О3 и TiN (кортинит); на основе нитрида кремния Si3N4 (силинит).

Применяется для чистовой обработки заготовок повышенной твердости и прочности, требует использования оборудования и приспособлений высокой жесткости, исключающих вибрацию инструмента.

К СТМ относятся материалы на основе алмаза и кубического нитрида бора (ВN).

Для изготовления лезвийного инструмента в основном используются искусственные СТМ и реже природные алмазы. СТМ используют в виде поликристаллов, а также получают путем спекания порошков.

СТМ на основе нитрида бора получили название «композит». Композит-01 (эльбор), Композит-02 (белбор) и Композит-09 (ПТНБ) — это поликристаллы. Композиты-05 и-10 (гексанит-Р) получают спеканием частиц кубического нитрида бора

Из алмазных поликристаллов изготавливают СТМ марок АСПК (карбонадо) и АСБ (баллас), названные так из-за идентичности их структуры соответствующим природным алмазам с такими названиями. Из материалов, полученных спеканием зерен алмаза, производят СТМ марок СВБН и СКМ (карбонит).

Крепление заготовок СТМ осуществляют их запрессовыванием в металлокерамические вставки, которые затем крепятся к корпусу инструмента, а также зачеканкой и запаиванием в пазу корпуса.

Дата добавления: 2015-05-26