Инструментальные материалы конспект кратко

Обновлено: 04.07.2024

Для учеников 1-11 классов и дошкольников
Бесплатные сертификаты учителям и участникам

Инструментальные материалы

Инструментальные стали применяются для изготовления различного инструмента. Они классифицируются по назначению, по свойствам, по химическому составу.

По назначению стали подразделяются на стали для режущих инструментов, стали для измерительных инструментов и стали для штампов.

Стали для режущих инструментов. Инструментальная сталь должна обладать высокой твердостью, износостойкостью, обеспечивающей сохранение режущей кромки, достаточной прочностью и вязкостью (для инструментов ударного действия), теплостойкостью (красностойкостью). Красностойкость – это способность инструмента сохранять высокую твердость и режущие свойства при длительном нагреве. Этот комплекс свойств обеспечивается выбором стали и оптимальным режимом термообработки. При этом важное значение имеет прокаливаемость и закаливаемость стали.

По свойствам инструментальные стали квалифицируются на стали небольшой прокаливаемости, повышенной прокаливаемости и быстрорежущие стали.

По химическому составу различают углеродистые и легированные стали.

Углеродистые инструментальные стали содержат 0,7…1,3 %С и маркируются У7, У7А…У13, У13А. Структура сталей У7 (Ф+П), У8 (П), У9-У13 (П+Ц _ІІ ). Углеродистые стали обладают высокой твердостью, прочностью, дешевы и недефицитны и хорошо обрабатываются.

Из сталей У7, У7А, У8, У8А изготавливают деревообрабатывающий инструмент, слесарный и кузнечный (кернеры, зубила, клейма) и другие изделия, подвергающиеся ударным нагрузкам. Стали марок У9-У11А идут на изготовление инструмента, не подвергающегося ударам. Из них делают сверла, фрезы, метчики, медицинский инструмент. Стали марок У12-У13А применяют для изготовления инструментов высокой твердости и износостойкости – напильники, резцы, волочильный инструмент и др.

Предварительная обработка этих сталей ( до изготовления инструмента ) – отжиг на зернистый перлит.

Окончательная термообработка – закалка в воде и низкий отпуск. После этого стали приобретают структуру – мартенсит с включениями цементита. Твердость 56-64HRC. Для углеродистых сталей характерны низкая прокаливаемость (10-12 мм) и низкая теплостойкость (до 200°С).

Легированные инструментальные стали содержат 0,9…1,4%С и легирующие карбидообразующие элементы (Cr, W, Mn, V и др.), суммарное количество которых не превышает 5%. Задача легирования – повышение твердости, прокаливаемости и теплостойкости до 300°С. Термообработка этих сталей – закалка в масле и отпуск при температуре 150…200°С. При этом обычно достигается сквозная прокаливаемость. Твердость сталей после термообработки 62…64НRC. Из них делают метчики, пилы, граверный инструмент, напильники, крупные плашки, протяжки, зенкеры и т.д.

Теплостойкие (быстрорежущие) стали предназначены для работы при высоких скоростях резания.

Рис. 5.1. Схема режимов термической обработки инструментов из быстрорежущей стали без обработки холодом (а) и с обработкой холодом (б)

Главное их достоинство – высокая теплостойкость (до 650°С). Это достигается за счет большого количества легирующих элементов – вольфрама, молибдена, ванадия, кобальта.

Окончательно формирует теплостойкость стали ее термообработка – закалка и трехкратный отпуск. Закалку проводят с высоких (1240…1290°С) температур, обеспечивающих растворение карбидов в аустените. (Fe ₂ WC, VC, WC). Инструмент нагревают в соляных ваннах ступенчато (малая теплопроводность – возможно растрескивание), и для избежания обезуглероживания поверхности (рис. 5.1).

Закаленная сталь имеет структуру М+К+А _ост и твердость HRC60…62. Остаточный аустенит А _ост ухудшает режущие свойства, поэтому закаленный инструмент подвергают отпуску (3-х кратному) при температуре 560°С с выдержкой 1 час. После термообработки сталь имеет мартенситную структуру с карбидными включениями и твердостью НRС64…65.

В настоящее время применяют обработку холодом закаленной стали –(80-100)°С до точки окончания мартенситного превращения М _к и затем однократный отпуск при 560°С в течение 1 часа. Для повышения износостойкости инструмента применяют азотирование, цианирование, а также напыление карбидов.

Стали применяют для изготовления протяжек, резцов, зенкеров, метчиков, фрез, сверл и т.д.

Стали для измерительного инструмента. Эти стали кроме высокой твердости (HRC63…64) и износостойкости должны сохранять постоянство линейных размеров и формы.

Закалку проводят с возможно низких температур (в зависимости от марки стали) в масле, иногда проводят обработку холодом с последующим, стабилизирующим низкотемпературным (120…170°С) отпуском с выдержкой 10…30 часов. Для инструмента высокого класса точности проводится многократная (2-6 раз) обработка холодом и отпуск (120…130°С).

Штамповые стали. Инструмент, применяемый для обработки металлов давлением (штампы, пуансоны, матрицы, валики и т.д.), изготавливают из штамповых сталей. Различают стали для штампов холодного деформирования и стали для штампов горячего деформирования.

Стали для штампов холодного деформирования должны обладать высокой износостойкостью, прочностью, вязкостью и сопротивлением деформации.

Для небольших штампов (до 25 мм) используют углеродистую инструментальную сталь У10,У11,У12 после закалки и низкого отпуска. Широко используют легированные стали марок Х, Х9, ХГ, Х12М, Х6ВФ. Для повышения износостойкости инструмента после термообработки применяют цианирование или хромирование рабочей поверхности.

Для штампов с ударными нагрузками используют стали с большой вязкостью: 4ХС4, 4ХВС, 5ХМН, 5ХГМ.

Стали для штампов горячего деформирования кроме вышеперечисленных свойств должны обладать жаропрочностью, теплостойкостью, термостойкостью.

Для штампов, испытывающих большие ударные нагрузки (ковочные штампы), используют стали с 0,5-0,6%С и легирующими элементами, увеличивающими прокаливаемость и вязкость: 5ХНМ, 5ХНВ, 5ХНТ и др.

Для инструментов, работающих при более высоких температурах, используют стали с повышенным содержанием вольфрама: 3Х2В8, 4Х5В2ФС, 4Х4В4ФМ.

Инструментальные твердые сплавы. Металлокерамические сплавы значительно превосходят быстрорежущие и другие инструментальные стали по твердости (70…80HRC), износостойкости и теплостойкости (красностойкость до 800…1000°C), но уступают сталям по прочности на изгиб и являются хрупкими. Структура твердых сплавов состоит из частиц очень твёрдых и тугоплавких карбидов WC, TiC, TaC, равномерно распределенных в мягкой, вязкой и прочной эвтектике на основе кобальта. Выпускают:

однокарбидные (вольфрамовые) сплавы системы WC – Co: ВК3, ВК6, ВК8, ВК15 и другие;

двухкарбидные (титановольфрамовые) сплавы системы WC – TiC – Co: Т5К10, Т15К6, Т30К4 и другие;

трёхкарбидные (танталотитановольфрамовые) сплавы системы WC – TiC – TaC – Co: ТТ7К12, ТТ10К8.

В обозначении: В – %WC, Т с числом – % TiC, ТТ с числом – % (TiC + TaC), К с числом – %Co. Содержание WC не указывают, а находят по формуле:

% WC = 100 – % Co – % TiC [– % ( TiC + TaC )].

Металлокерамические сплавы получают методом порошковой металлургии. Они изготовляются в виде пластин, которые припаиваются к державке, изготовленной из углеродистой стали.

Минералокерамические материалы имеют твёрдость HRA91…93 и красностойкость 1000…1200°C, но хрупки. Наиболее используемы микролит и термокорунд. Микролит (ЦМ – 332) имеет корундовую основу с добавками Mg ₂ O. Зёрна корунда Al ₂ O ₃ размером менее 2 мкм соединены минеральной связкой – синтетическим стеклом. Микролит используется в волочильном производстве и для финишной обработки при точении. Прочность в 10 раз выше, чем Р18. Для улучшения режущих свойств в минералокерамику добавляют W, Mo, Ti, Ni (до 10%).

Материалы особо высокой твёрдости. Дефицит и дороговизна вольфрама привела к созданию композиций на основе карбида бора (B ₄ C), обладающих твёрдостью и износостойкостью в несколько раз выше, чем у ВК6.

Кубический нитрид бора КНБ (боразон, эльбор) – химическое соединение, где 40% бора и 50% азота, имеет твёрдость 8500…9000HV, что близко к алмазу, но красностойкость ~ 1300°C, тогда как у алмаза ~ 800°C. Основной недостаток – хрупкость. Применяется для резания и шлифования сталей высокой твердости.

Гексанит – твёрдый сплав на основе нитрида бора. Он используется для обработки закалённых сталей, в результате производительность труда повышается в 10 раз.

Алмазы как природные, так и синтетические широко используются в качестве инструментального материала. Алмаз имеет высокую твердость, но его красностойкость невелика – 700-800С.

Из алмазного порошка изготавливают алмазно-абразивный инструмент – шлифовальные круги, притиры и другие инструменты для обработки особо твердых материалов, а также алмазные круги для заточки твердосплавного инструмента.

Инструментальные легированные стали применяются для изготовления режущего и измерительного инструмента, а так же штампов. Стали, предназначенные для изготовления режущего инструмента (резцов, сверл, фрез и др.), должны обладать высокой твердостью (HRC l 62) и износостойкостью. Если обработка резанием выполняется в тяжелых условиях – большие скорости резания, обработка твердых металлов, большое сечение снимаемой стружки – то при этом затрачивается значительная механическая энергия, которая сопровождается сильным нагревом режущей кромки инструмента. Поэтому сталь, применяемая для изготовления инструмента, должна иметь высокую твердость и теплостойкость (или красностойкость). В сталях, используемых для изготовления штампов, должны сочетаться твердость и вязкость, а также термостойкость (способность сопротивляться резкому изменению температуры в виде устойчивости против появления трещин разгара).

Инструментальные легированные стали содержат карбидо—образующие элементы: хром, вольфрам, молибден, марганец, ванадий. Эти стали имеют меньшую скорость охлаждения при закалке, за счет чего уменьшается опасность образования трещин, деформации и коробления.

Сталь поставляется горячекатаной, кованой, калиброванной и шлифованной (серебрянка). Стандарт предусматривает две группы и пять подгрупп инструментальных легированных сталей. Содержание как серы, так и фосфора в них не должно превышать 0,03 %, а содержание серы в стали, полученной методом электрошлакового переплава, не должно быть выше 0,015 %. Стали для режущего и измерительного инструмента изготавливаются с неглубокой (7ХФ, 8ХФ 11ХФ) и с глубокой прокаливаемостью (9Х1, Х, 12Х1, 9ХС, 8ГС, 8Х6НФТ). Из этих сталей изготавливаются метчики плашки, сверла, фрезы, ножовочные полотна, калибры, шаблоны и т. д. Инструментальные быстрорежущие стали получили такое название потому, что изготовленные из них инструменты могут работать при больших скоростях резания, не теряя своих свойств. Замечательное свойство быстрорежущих сталей – высокая красностойкость, т. е. способность сохранять высокую твердость и режущую способность при нагревании до 600–650 °C. Красностойкость определяется в основном двумя факторами: химическим составом и термической обработкой. Быстрорежущие стали имеют сложный химический состав. Наиболее важным легирующим элементом их является вольфрам (6—18 %), а также ванадий (1–5 %). Кроме того, во все быстрорежущие стали входит хром (3–4,5 %), большая часть которого растворяется в кристаллической решетке железа. Для того чтобы придать быстрорежущим сталям высокие режущие свойства, их подвергают термической обработке по специальному режиму. Стандартом предусмотрен выпуск 14 марок быстрорежущих сталей, которые условно подразделяются на две группы: первая группа – стали, не содержащие кобальта, вторая группа – стали, содержащие повышенное количество кобальта и ванадия. Марки быстрорежущих сталей – Р18, Р12, Р9, Р6М3, Р9К5.

Данный текст является ознакомительным фрагментом.

Продолжение на ЛитРес

2. ВЕТЕР В СТАЛИ

Легче алюминия и прочнее стали

Легче алюминия и прочнее стали Исследование свойств различных композиционных материалов показало, что не только по прочности, но и по другим физико-механическим свойствам они превосходят каждый компонент, входящий в их состав. Созданы композиционные материалы,

2. Стали: классификация, автоматные стали

2. Стали: классификация, автоматные стали Стали служат материальной основой машиностроения, строительства и других отраслей промышленности. Стали являются основным сырьем для производства листового и профильного проката.По способу производства стали разделяют на

1. Углеродистые и легированные конструкционные стали: назначение, термическая обработка, свойства

1. Углеродистые и легированные конструкционные стали: назначение, термическая обработка, свойства Из углеродистых качественных конструкционных сталей производят прокат, поковки, калиброванную сталь, сталь—серебрянку, сортовую сталь, штамповки и слитки. Эти стали

2. Стали, устойчивые против коррозии

2. Стали, устойчивые против коррозии Стали, устойчивые против коррозии, – это нержавеющие стали и сплавы, обладающие стойкостью против электрохимической и химической коррозии (атмосферной, почвенной, щелочной, кислотной, солевой), межкристаллитной коррозии и коррозии

3. Жаропрочные стали и сплавы

3. Жаропрочные стали и сплавы Жаропрочные стали и сплавы относятся к третьей группе высоколегированных сталей. Их микроструктура после термической обработки должна состоять из скрыто—и мелкоигольчатого мартенсита или мелкоигольчатого мартенсита и избыточных

Китайская и российская экспозиции стали крупнеишими на выставке в Чжухае

Российские Ан-148 стали летать в Европу

27. Строение и свойства железа; метастабильная и стабильная фазовые диаграммы железо-углерод. Формирование структуры углеродистых сталей. Определение содержания углерода в стали по структуре

27. Строение и свойства железа; метастабильная и стабильная фазовые диаграммы железо-углерод. Формирование структуры углеродистых сталей. Определение содержания углерода в стали по структуре Сплавы железа с углеродом являются самыми распространенными металлическими

28. Конструкционные и инструментальные углеродистые стали. Маркировка, применение

28. Конструкционные и инструментальные углеродистые стали. Маркировка, применение Углеродистые конструкционные стали подразделяются на стали обыкновенного качества и качественные.Марки сталей обыкновенного качества Ст0, Ст1, Ст2,…, Ст6 (с увеличением номера возрастает

37. Отпуск сталей. Превращения в стали при отпуске, изменение микроструктуры и свойств

37. Отпуск сталей. Превращения в стали при отпуске, изменение микроструктуры и свойств Отпуском называется операция нагрева закаленной стали для уменьшения остаточных напряжений и придания комплекса механических свойств, которые необходимы для долголетней

38. Химико-термическая обработка стали. Назначение, виды и общие закономерности. Диффузионное насыщение сплавов металлами и неметаллами

38. Химико-термическая обработка стали. Назначение, виды и общие закономерности. Диффузионное насыщение сплавов металлами и неметаллами Химико-термической обработка (ХТО) – обработка с сочетанием термического и химического воздействия для изменения состава, структуры

41. Конструкционные стали: строительные, машиностроительные, высокопрочные. Инструментальные стали: стали для режущего инструмента, подшипниковые, штамповые

41. Конструкционные стали: строительные, машиностроительные, высокопрочные. Инструментальные стали: стали для режущего инструмента, подшипниковые, штамповые Углеродистые инструментальные стали У8, У10, У11,У12 вследствие малой устойчивости переохлажденного аустенита

42. Нержавеющие, теплостойкие и жаропрочные, хладостойкие, электротехнические и износостойкие стали

42. Нержавеющие, теплостойкие и жаропрочные, хладостойкие, электротехнические и износостойкие стали Коррозионная стойкость стали повышается, если содержание углерода снизить до минимально возможного количества и ввести легирующий элемент, образующий с железом твердые

Высокие эксплуатационные характеристики режущих инструментов в значительной степени зависят от качества материала, из которого эти инструменты изготовлены. Материалы, предназначенные для режущих инструментов, должны по ряду показателей значительно превосходить материалы, применяемые в машиностроении для изготовления различных деталей.

Основные требования к инструментальным материалам следующие:

1. Инструментальный материал должен иметь высокую твердость - не менее 63. 66 НRС по Роквеллу (шкала С).

2. При резании металлов выделяется значительное количество теплоты и режущая часть инструмента нагревается. Температура рабочих поверхностей и режущих кромок инструмента может достигать нескольких сот градусов. Необходимо, чтобы при значительных температурах резания твердость поверхностей инструментов существенно не уменьшалась.

Способность материала сохранять высокую твердость при повышенных температурах и исходную твердость после охлаждения называется теплостойкостью.

Инструментальный материал должен обладать высокой теплостойкостью.

3. Наряду с теплостойкостью, инструментальный материал должен иметь высокую износостойкость при повышенной температуре, т. е. обладать хорошей сопротивляемостью истиранию обрабатываемым материалом.

4. Важным требованием является высокая прочность инструментального материала. Если высокая твердость материала рабочей части инструмента сопровождается значительной хрупкостью, это приводит к поломке инструмента и выкрашиванию режущих кромок.

5. Инструментальный материал должен обладать технологическими свойствами, обеспечивающими оптимальные условия изготовления из него инструментов.

Для инструментальных сталей ими являются:

Для твердых сплавов первые два требования менее существенны, но зато особое значение приобретает хорошая шлифуемость, а также отсутствие трещин и других дефектов.

4. Инструментальные материалы: инструментальные и быстрорежущие стали.

Инструментальные легированные стали применяются для изготовления режущего и измерительного инструмента, а так же штампов. Стали, предназначенные для изготовления режущего инструмента (резцов, сверл, фрез и др.), должны обладать высокой твердостью (НRС l 62) и износостойкостью. Если обработка резанием выполняется в тяжелых условиях – большие скорости резания, обработка твердых металлов, большое сечение снимаемой стружки – то при этом затрачивается значительная механическая энергия, которая сопровождается сильным нагревом режущей кромки инструмента. Поэтому сталь, применяемая для изготовления инструмента, должна иметь высокую твердость и теплостойкость (или красностойкость). В сталях, используемых для изготовления штампов, должны сочетаться твердость и вязкость, а также термостойкость (способность сопротивляться резкому изменению температуры в виде устойчивости против появления трещин разгара).

Сталь поставляется горячекатаной, кованой, калиброванной и шлифованной (серебрянка). Стандарт предусматривает две группы и пять подгрупп инструментальных легированных сталей. Содержание как серы, так и фосфора в них не должно превышать 0,03 %, а содержание серы в стали, полученной методом электрошлакового переплава, не должно быть выше 0,015 %. Стали для режущего и измерительного инструмента изготавливаются с неглубокой (7ХФ, 8ХФ 11ХФ) и с глубокой прокаливаемостью (9Х1, Х, 12Х1, 9ХС, 8ГС, 8Х6НФТ). Из этих сталей изготавливаются метчики плашки, сверла, фрезы, ножовочные полотна, калибры, шаблоны и т. д. Инструментальные быстрорежущие стали получили такое название потому, что изготовленные из них инструменты могут работать при больших скоростях резания, не теряя своих свойств. Замечательное свойство быстрорежущих сталей – высокая красностойкость, т. е. способность сохранять высокую твердость и режущую способность при нагревании до 600–650 °С. Красностойкость определяется в основном двумя факторами: химическим составом и термической обработкой. Быстрорежущие стали имеют сложный химический состав. Наиболее важным легирующим элементом их является вольфрам (6—18 %), а также ванадий (1–5 %). Кроме того, во все быстрорежущие стали входит хром (3–4,5 %), большая часть которого растворяется в кристаллической решетке железа. Для того чтобы придать быстрорежущим сталям высокие режущие свойства, их подвергают термической обработке по специальному режиму. Стандартом предусмотрен выпуск 14 марок быстрорежущих сталей, которые условно подразделяются на две группы: первая группа – стали, не содержащие кобальта, вторая группа – стали, содержащие повышенное количество кобальта и ванадия. Марки быстрорежущих сталей – Р18, Р12, Р9, Р6МЗ, Р9К5.

Читайте также: