Реферат материалы для изготовления режущих инструментов
Обновлено: 07.07.2024
Процесс резания сопровождается большим давлением на режущий инструмент, трением и тепловыделением. Такие условия работы выдвигают ряд требований, которым должны удовлетворять материалы, предназначенные для изготовления режущего инструмента. Инструментальные материалы должны иметь высокую твердость, превышающую твердость обрабатываемого материала. Высокая твердость материала режущей части инструмента может быть обеспечена физико-механическими свойствами материала (алмазы, карбиды кремния, карбиды вольфрама и др.) или его термической обработкой (закалка и отпуск).
Содержание
Введение ………………………………………………………………………………………………………………………2
1 Цель и задачи работы …………………………………………………………………………………………………3
2 Материалы для лезвийных инструментов …………………………………………………………………3
2.1 Виды и марки материалов для изготовления режущего лезвийного инструмента, их состав и свойства ……………………………………………………………………………………………………….4
2.2 Области применения материалов различных марок …………………………………………….4
3 Материалы для абразивных инструментов ………………………………………………………………..5
3.1 Виды и марки абразивных материалов, их состав и свойства ……………………………..6
3.2 Области применения абразивных материалов различных марок ……………………….8
Выводы …………………………………………………………………………………………………………………………….9
Список использованных источников ……………………………………………………………………………10
Вложенные файлы: 1 файл
Содержание реферата.docx
2 Материалы для лезвийных инструментов …………………………………………………………………3
2.1 Виды и марки материалов для изготовления режущего лезвийного инструмента, их состав и свойства ……………………………………………………………………………… ……………………….4
2.2 Области применения материалов различных марок …………………………………………….4
3 Материалы для абразивных инструментов ………………………………………………………………..5
3.1 Виды и марки абразивных материалов, их состав и свойства ……………………………..6
3.2 Области применения абразивных материалов различных марок ……………………….8
Список использованных источников …………………………………………………………………………… 10
Процесс резания сопровождается большим давлением на режущий инструмент, трением и тепловыделением. Такие условия работы выдвигают ряд требований, которым должны удовлетворять материалы, предназначенные для изготовления режущего инструмента. Инструментальные материалы должны иметь высокую твердость, превышающую твердость обрабатываемого материала. Высокая твердость материала режущей части инструмента может быть обеспечена физико- механическими свойствами материала (алмазы, карбиды кремния, карбиды вольфрама и др.) или его термической обработкой (закалка и отпуск).
1 Цель и задачи работы
1) Изучить материалы для лезвийных и абразивных инструментов.
2) Ознакомиться с видами и марками материалов для изготовления режущего инструмента, их составом и свойствами.
3) Определить области применения лезвийных и абразивных материалов различных марок..
2 Материалы для лезвийных инструментов
На лезвийный инструмент (токарные резцы, развертки, сверла, фрезы и т.п.) в зоне резания воздействуют высокотемпературное поле (300…800°С), высокое давление (более 500 МПа) и высокое истирающее воздействие стружки. Кроме того, на него оказывает влияние агрессивная физико-химическая среда (особенно при использовании СОТЖ). Чтобы противодействовать этим воздействиям инструмент должен изготавливаться из специальных материалов, обладающих особыми физико-механическими и технологическими свойствами: высокой твердостью, прочностью, пластичностью, температуростойкостью, высоким сопротивлением схватываемости с обрабатываемой поверхностью. Кроме того, инструментальный материал должен иметь высокую износостойкость, низкую склонность к трещинообразованию, хорошую свариваемость или способность к соединению пайкой, низкую стоимость и высокую технологичность.
Режущие инструменты изготавливают целиком или частично из инструментальных сталей, твердых сплавов (вольфрамовых, вольфрамотитановых, вольфрамотитанотанталовых и безвольфрамовых), минералокерамихи, оксидной керамики, сверхтвердых материалов, алмазов и композитов.
2.1 Виды и марки материалов для изготовления режущего лезвийного инструмента, их состав и свойства
Инструментальные стали подразделяются на углеродистые общего назначения (У9, У10, У10А, У12А) для изготовления ручного режущего инструмента; низколегированные, легированные хромом, ванадием, кремнием и марганцем (также для ручного инструмента); быстрорежущие для изготовления инструментов, работающих со скоростями резания 20… 50 м/мин. Последние широко применяются в промышленности и делятся на стали обычной производительности, работающие со скоростями резания до 20 м/мин (марок Р9, Р12, Р]8, Р6М5, Р9КЮ и др.), стали повышенной производительности для скоростей резания до 50 м/мин (марок Р6М5К5, 10Р6М5ФЗ, Р10К5Ф5 и др.) и порошковые стали, работающие со скоростями резания до 70 м/мин (марок Р6М5К5М, Р6М5К50М, ЮР6М5К5ФЗОМ).
Особенность обозначения сталей: цифра перед буквой Р показывает содержание углерода в десятых долях процента, цифра после буквы Р показывает процентное содержание вольфрама; для порошковых сталей окончание М обозначает мелкую структуру, ОМ — особо мелкую структуру.
Металлокерамические твердые сплавы состоят из тонко измельченных карбидов тугоплавких металлов (вольфрам, титан, тантал), соединенных цементирующим металлом — кобальтом. Сплавы имеют высокую температуростойкость (благодаря наличию карбидов тугоплавких металлов), твердость и износостойкость, допускают скорость резания 100… 150 м/мин.
Сверхтвердые материалы включают в себя синтетические алмазы и материалы на основе кубического нитрида бора (композиты).
Алмаз как инструментальный материал бывает двух разновидностей: баллас (АБС), который применяют для обработки деталей из стеклопластика со скоростями резания 450 м/мин, и карбонадо (АСПК) — для обработки алюминиевых и медных сплавов
Композиты — синтетический материал, по твердости не уступающий алмазу, превосходящий его по температуростойкости и инертный к железу. Выпускается следующих марок: композит 01 <эльбор-Р), композит 02 (бечбор), композит 05 и 5-И (шмит), композит 09 (ПТНБ-ИК), композит Ю (гексагонит-р).
2.2 Области применения материалов различных марок
Титановольфрамовые сплавы группы ТК (Т5К10, Т5К12, Т14К6, Т30К4) применяют для обработки всех видов сталей.
Вольфрамотитанотанталовые сплавы группы ТТК применяют на черновых операциях со снятием толстых стружек.
В группу безвольфрамовых твердых сплавов входят КНТ-16 и ТН-20. Их используют для получистового и чистового точения и фрезерования чугуна, углеродистых сталей и цветных сплавов.
Минералокерамика — инструментальный материал на основе оксида алюминия AI2O3, обладающий большими, чем у твердых сплавов, твердостью и температуростойкостьто, но меньшей ударной вязкостью. Поэтому инструмент из минералокерамики используют только для чистовой обточки и расточки деталей из высокопрочных чугунов, закаленных сталей и для резания неметаллических материалов со скоростями до 200 м/мин. Различают оксидную (белую), оксидно-карбидную, оксидно-нитридную керамику и керметы.
В группу вольфрамовых твердых сплавов входят В КЗ, ВКЗМ, ВК4, ВК60М, ВК6М, ВК8, ВК10ОМ и др. Их рекомендуется использовать при обработке чугуна, цветных сплавов и труднообрабатываемых материалов с небольшими скоростями резания.
3 Материалы для абразивных инструментов
Абразивы (от латинского abrasio - соскабливание) – зернистые или порошкообразные вещества. Они предназначены для оснащения рабочей части режущих инструментов.
Измельченный обогащенный абразивный материал, твердость которого превышает твердость обрабатываемого материала и который способен в измельченном состоянии осуществлять обработку резанием, называют шлифовальным.
Естественными абразивами являются: корунд, наждак, гранат, кремень, полевой шпат, пемза и др.
В промышленности наиболее распространены искусственные абразивы: электрокорунд, карборунд и карбид бора.
Абразивный материал применяется главным образом в виде абразивного инструмента. Абразивные инструменты производят из порошков, получаемых размельчением природных минералов или изготовляемых в специальных условиях. Такие порошки отличаются различной зернистостью, т.е. размерами отдельных зерен.
Геометрические характеристики каждого зерна таковы, что на нем образуются все элементы режущего клина. Особое внимание обращают на однородность свойств зерен. Зерна, выполненные из кварцевого песка, наждака, корунда, могут иметь существенное рассеяние свойств, отчего снижается качество режущего инструмента. Из порошков изготовляют шлифовальные круги различной формы, бруски, абразивные головки, сегменты, предназначенные для производства специальных абразивных инструментов.
Основными достоинствами абразивных материалов являются их высокие твердость, износо- и теплостойкость. Эти материалы позволяют обрабатывать заготовки со скоростью резания до 120 м/с, а в отдельных случаях и более. Такие инструменты дают возможность проводить окончательную обработку заготовок, имеющих высокую твердость, полученную после термической обработки. Такие заготовки, как правило, не подлежат обработке лезвийным инструментом.
В промышленности имеются четкие рекомендации по применению каждого вида абразивов для обработки заготовок из различных материалов. Так, инструменты из черного карбида кремния используют для обработки заготовок из материалов с низкой прочностью на разрыв, а также из вязких материалов и сплавов; электрокорундовые круги служат для обработки заготовок из материалов с высокой прочностью на разрыв. В ряде случаев используют порошки в натуральном виде, их называют "свободный абразив". Они применяются для доводочных (притирочных) работ. Абразивные пасты, использующие оксид хрома и венскую известь, хороши для полировальных работ. Пасты наносят на движущиеся устройства (полировальники), совершающие вращательное или возвратно- поступательное движение.
3.1 Виды и марки абразивных материалов, их состав и свойства
Абразивы подразделяются на природные (кварц, корунд) и искусственные, получаемые промышленным способом (карборунд, электрокорунд, техническая дробь).
Кварц – минерал (оксид кремния), широко распространенный в природе в виде песка, песчаников, кварцитов. Кварцевый песок – первый абразив, который благодаря доступности и небольшой стоимости длительное время использовался при распиловке камня штрипсовыми (полосовыми) и канатными пилами. Его применяли только в свободном состоянии, подавая с водой в пропилы под режущую часть пилы. В настоящее время этот древнейший абразив сохранил лишь частичное применение при распиловке камня неармированными канатными пилами. Изредка кварц (в виде кварцевого песка) используют также при изготовлении инструмента для тонкой шлифовки (лощения).
Корунд (оксид алюминия) – минерал, обладающий высокой твердостью и ударной вязкостью. В настоящее время корунд практически заменен искусственными абразивами.
Карборунд (карбид кремния) – химическое соединение кремния с углеродом, получаемое плавкой в электропечах при температуре около 2200 °С. Сырьем служат кварцевый песок и углеродистые вещества – нефтяной кокс и антрацит. Абразивная промышленность выпускает два вида карборунда: черный (КЧ), содержащий не менее 9.5 % кремния, и зеленый (КЗ) – не менее 97 %.
Зерна карборунда имеют кристаллы многогранников пластинчатой и игольчатой формы, длина которых в 2—3 раза больше их поперечного сечения.
Из карбида кремния получают шлифзерно, шлифпорошки и микропорошки, используемые при изготовлении различного инструмента для шлифовки, калибровки и профилировки камня. Раньше карборунд широко применялся также при распиловке камня как в свободном, так и в связанном состоянии (дисковые абразивные пилы). Абразив закреплялся на корпусе инструмента в бакелитовой или керамической связке. В настоящее время при распиловке камня он полностью вытеснен алмазными пилами и имеет единичное использование в свободном состоянии при распиловке прочных пород канатными пилами.
Электрокорунд – искусственный корунд на основе природного корунда в его кристаллической форме, получаемый путем восстановительной плавки пород, богатых глиноземом (чистый глинозем или бокситы), в электропечах при температуре около 2000 °С. Твердость его больше, чем у природного корунда.
Зерна электрокорунда имеют шероховатую поверхность и более простую конфигурацию, чем зерна карборунда.
В зависимости от содержания корунда электрокорунд изменяет цвет, структуру и свойства. Это обусловило его подразделение на нормальный (алунд), белый (корракс) и монокорунд.
Нормальный электрокорунд (содержание корунда 93—95 %) имеет коричневый цвет и характеризуется высокой механической прочностью зерен при их повышенной вязкости, что обеспечивает эффективную работу камнеобрабатывающего инструмента с переменными нагрузками. Используется он в производстве инструмента на керамических и органических связках для шлифовки, калибровки и профилировки камня (преимущественно марки 13А и 14А).
Белый электрокорунд (содержание корунда 98—99 %) более однороден по своему химическому составу и физическим свойствам по сравнению с нормальным электрокорундом и имеет одинаковую с ним область применения.
Монокорунд (содержание корунда до 99 %) обладает повышенной режущей способностью. Его выпускают в виде шлиф- зерна и шлифпорошка, используемых для тех же целей, что и другие разновидности электрокорунда.
Зерна монокорунда являются в большей части монокристаллами (а не их осколками). Они имеют большее, по сравнению с другими видами электрокорунда, число граней и меньше дефектов (раковин, пустот и т. п.).
Техническая дробь– металлический абразив, широко используемый при распиловке прочных изверженных пород гладкими штрипсовыми пилами, а также для их грубой шлифовки (обдирки), т. е. в свободном состоянии. Дробь характеризуется невысокой стоимостью и простотой классификации и рекуперации. Изготавливается она из чугуна и стали в соответствии с ГОСТ 11964—81 Е. В зависимости от вида металла и формы различают следующие марки дроби: ДЧЛ – дробь чугунная литая, ДЧК – чугунная колотая, ДСЛ – стальная литая, ДСК – стальная колотая, ДСС – стальная рубленая из проволоки (сечка), ДСЛБ – стальная литая буровая.
3.2 Области применения абразивных материалов различных марок
Электрокорунд нормальный 13А
Применяется при изготовлении абразивного инструмента , шлифовальной шкурки, при производстве абразивных паст, для свободного шлифования поверхностей вязких металлов и легированных сталей обладающих высоким механическим сопротивлением, при механической обработке стекла и дерева, в порошковой металлургии.
Материалы для режущих инструментов должны удовлетворять следующим требованиям:
· Иметь высокую твердость. Твердость инструмента должна превышать твердость обрабатываемого материала.
· Иметь достаточный уровень прочности (на изгиб, сжатие, циклическое нагружение) и ударной вязкости.
· Иметь высокую теплостойкость. Теплостойкость – свойство (способность) материала сохранять свою твердость, а следовательно, и режущие свойства при нагреве.
· Иметь высокую износостойкость и высокую теплопроводность. Чем больше теплопроводность, тем меньше опасность возникновения шлифовочных прижогов и трещин на лезвиях инструмента при заточке, тем меньше температура резания и больше износостойкость.
Режущие инструменты не следует целиком изготавливать из дорогих и дефицитных материалов, поскольку это неэкономично.
К основным инструментальным материалам относятся стали, твердые сплавы, керамические материалы, алмазы, синтетические сверхтвердые материалы.
Инструментальные стали. В качестве материала для станочного режущего инструмента применяются быстрорежущие стали. Это высокоуглеродистые стали с высоким содержанием вольфрама. Теплостойкость быстрорежущих сталей около 600 о С и они могут работать со скоростями резания до 100 м/мин, что во многих случаях недостаточно. Поэтому в настоящее время более широкое применение имеют твёрдые сплавы.
Твердые сплавы получают прессованием и спеканием (при 1500 – 1900 о С) порошков твердых тугоплавких карбидов WC, TiС и TaC с порошком кобальта, играющего роль пластичной связки. Таким способом из них изготавливают режущие пластинки различной формы, которые припаиваются или крепятся механическим способом к державкам или корпусам инструментов из обычных сталей (45, 50, 40Х и др.). Теплостойкость твёрдых сплавов – 900…1000 о С. Допустимые скорости резания до 800 м/мин. Твердость 85…92HRА (74…76HRC).
Различают три группы твёрдых сплавов:
· вольфрамовые твердые сплавы (WC+Co), например марки BK2, BK3, BK4, BK6, BK8 (число после буквы К означает содержание кобальта в процентах по массе, остальное – карбид вольфрама).
· титано-вольфрамовые (WC+TiC+Co), например T30K4, T15K6, T14K8, T5K10 (число после буквы К означает содержание кобальта, после буквы Т – TiC (масс. %), остальное WC).
· титано-тантало-вольфрамовые (WC+TiC+TaC+Co), например, TT7K12, TT10K8, TT7K15 (число после буквы К означает содержание кобальта, после букв ТТ – общее содержание карбидов титана и тантала (масс. %), остальное WC) .
Твердые сплавы имеют низкую пластичность. При возрастании содержания кобальта прочность и вязкость повышаются, а износостойкость и твердость сплава понижаются. Наибольшей прочностью, но наименьшей теплостойкостью (750 о С) обладает трехкарбидные сплавы, их применяют при резании с ударами, большими сечениями срезаемого слоя. Наивысшую твердость и теплостойкость (до 900 о С) имеют двухкарбидные сплавы; двухкарбидные сплавы применяются при обработке высоколегированных сталей, имеющих низкую теплопроводность. В последнее время большое внимание уделяется разработке новых твердых сплавов, не содержащих карбидов вольфрама. В таких сплавах карбиды вольфрама заменены карбидами титана с добавками молибдена, никеля и других тугоплавких металлов.
Преимущества оксидной керамики:
1. Высокая твердость (90…94HRA);
2. Высокая теплостойкость (1200 о С);
3. Малое сродство с металлами исключает адгезионное взаимодействие с обрабатываемым материалом, следовательно получается меньшая шероховатость обработанной поверхности.
1. Высокая хрупкость (низкая ударная вязкость: 0,5…1,2 Дж/см 2 );
2. Плохая сопротивляемость циклическим изменениям тепловой нагрузки.
Инструменты из оксидной керамики используют при чистовой и получистовой обработке заготовок из отбеленных чугунов, труднообрабатываемых сталей, некоторых цветных и неметаллических материалов в условиях безударной нагрузки, без охлаждения и при повышенной жесткости системы СПИД (станок – приспособление – инструмент – деталь). Наибольшее применение получила минералокерамика ЦМ-332 (микролит) и ВО-13. Для повышения эксплуатационных свойств в минерралокерамику добавляют W, Mo, B, Ti, Ni, и т.п. Такие материалы называют керметами.
Алмазы и синтетические сверхтвердые материалы. Алмаз – самый твердый из известных инструментальных материалов, представляет собой одну из аллотропных модификаций углерода.
1. Высокая износостойкость;
2. Хорошая теплопроводность;
3. Небольшой коэффициент трения;
4. Малая адгезионная способность к металлам (за исключением сплавов Fe-C).
1. Низкая теплопроводность (при температурах, превышающих 700…800 о С алмаз графитизируется);
2. Большая анизотропия механических свойств (твердость и прочность в зависимости от направления действия силы на кристалл изменяются в сотни раз), что необходимо учитывать при изготовлении лезвийного инструмента.
3. Высокая стоимость и дефицитность;
4. Высокая хрупкость.
Синтетические алмазы получают путем перевода углерода в другую полиморфную модификацию в условиях высоких температур (до 2500 о С) и давлений (до 1000 ГПа). Синтетические алмазы выпускают следующих марок: АСБ – баллас (АСБ-5, АСБ-6); АСПК – карбонадо (АСПК-1, АСПК-2, АСПК-3). Указанные марки алмазов изотропны вследствие поликристаллического строения, обладают сравнительно высокой прочностью при ударах.
В режущих инструментах применяют кристаллы алмаза весом 0,3…0,8 карат (1 карат = 0,2 г) которые закрепляются в инструменте механически или при помощи пайки. Наиболее широко алмазный инструмент применяется при тонком точении и растачивании деталей из алюминия, бронз, латуней, неметаллических материалов: обработанная поверхность отличается низкой шероховатостью.
В последние годы широкое распространение получил синтетический сверхтвердый материал на основе кубического нитрида бора (КНБ). КНБ получают синтезом при температурах 1360 – 2000 о С и давлении 6000 – 9000 МПа из гексагонального нитрида бора, имеющего близкие к графиту характеристики.
1. Очень высокая твердость (9000HV) (уступает только алмазу);
2. Самая высокая теплопроводность (до 1600 о С);
3. Химически инертен к железо-углеродистым сплавам.
На основе плотных модификаций КНБ создан ряд инструментальных материалов, называемых композитами. Различают композиты с массовой долей КНБ более 95% и композиты с массовой долей КНБ около 75%.
Композиты с массовой долей КНБ более 95%: эльбор Р (композит 01), бельбор (композит 02), гексанит (композит 10) и др. Изготавливаются в виде цилиндрических столбиков диаметром 4…6 мм и высотой 3…6 мм, закрепляемые в державке режущего инструмента.
В композитах с массовой долей КНБ 75% присутствуют добавки Al3O3 и др. материалов. К ним относятся композит 05 (КНБ + Al3O3), композит 09 (поликристаллы твердого нитрида бора), которым оснащаются инструменты, работающие с ударами.
Из вновь разрабатываемых материалов перспективным является силинит-Р (материал на основе нитрида кремния), который обладает более высокими прочностью, ударной вязкостью и теплопроводностью, чем инструменты из минералокерамики, не содержит дефицитных материалов, не склонен к адгезии по отношению к большинству сталей, сплавов на основе меди, алюминия.
Режущая способность инструмента для токарных работ определяется физико-механическими свойствами материала, из которого он изготовлен. К основным свойствам, определяющим работоспособность инструмента относятся твердость, теплостойкость, износостойкость, теплопроводность и адгезионная способность.
Твердость материала, из которого изготовлен инструмент, должна превышать твердость обрабатываемого материала. В связи с тем, что на рабочую часть инструмента действуют значительные силы резания, создающие деформации изгиба, инструментальный материал должен обладать прочностью. На твердость и прочность инструментального материала существенное влияние оказывает соотношение легирующих компонентов и углерода, входящих в их состав в виде карбидов. С увеличением количества карбидов и уменьшением их зернистости твердость и износостойкость инструмента повышается, а прочность понижается.
Теплостойкость инструмента определяется температурой, выше которой снижается твердость и возрастает износ.
Износостойкость инструмента характеризуется сопротивляемостью инструмента истиранию под действием сил трения, возникающих в процессах резания.
Теплопроводность инструмента определяется способностью его отводить возникающее в процессах резания тепло от режущих граней инструмента. Чем выше теплопроводность, тем лучше отводится тепло от режущих кромок, благодаря чему повышается стойкость инструмента.
Адгезионная способность инструментального и обрабатываемого материала характеризуется температурой, при которой происходит налипание обрабатываемого материала на режущие грани инструмента. Она зависит от молекулярных сил, развивающихся при высоких температурах и давлениях в точках контакта режущего инструмента с обрабатываемой поверхностью. Чем выше температура налипания обрабатываемого материала на инструмент, тем качественней должен быть материал, из которого инструмент изготовлен.
Инструментальные стали.
Инструментальные стали делят на:
- углеродистые;
- легированные;
- быстрорежущие.
Углеродистые инструментальные стали.
Для того, чтобы изготовить режущий инструмент применяют углеродистые стали марки У10А, У11А, У12А и У13А. Буква У означает, что сталь углеродистая инструментальная. Число после буквы указывает, сколько примерно углерода в десятых долях процента содержится в данной стали.
Если в конце названия марки стали есть буква А, то это говорит о том, что сталь относится к группе высококачественных (У10А; У12А).
После закалки и отпуска твердость инструмента из этих сталей составляет HRC 60—64. Однако при нагреве до температуры свыше 220—250°С твердость инструмента резко снижается. Поэтому в настоящее время на токарных станках такой инструмент используется только на работах, связанных с невысокими скоростями резания (некоторые типы метчиков, зенкеров и разверток).
Легированные инструментальные стали.
Легированные инструментальные стали — это такие, в состав которых с целью повышения физико-механических свойств вводятся специальные примеси (легирующие элементы).
При введении хрома, молибдена, вольфрама, ванадия, титана и марганца твердость стали повышается, так как они образуют с углеродом простые или сложные соединения (карбиды), которые обладают высокой твердостью (особенно карбиды вольфрама и ванадия). При этом у стали сохраняется достаточная вязкость. Никель, кобальт, алюминий, медь и кремний, растворяясь в железе, упрочняют сталь.
При соответствующей термообработке инструмент имеет твердость HRC 62—64 и сохраняет ее при нагреве до температуры 250—300°С. Зенкера, развертки, метчики, протяжки изготовляют из сталей марок 9ХС, ХВГ и ХВ5.
Быстрорежущие инструментальные стали.
Быстрорежущие инструментальные стали — это легированные стали со значительным содержанием вольфрама, кобальта, ванадия и молибдена. Они сохраняют полученную после термообработки твердость HRС 62 – 64 при нагреве до температуры 600°, а некоторые марки комплексно легированных сталей сохраняют свою твердость даже при нагреве до температуры 700—720°С.
Эти качества быстрорежущих сталей позволяют увеличивать в процессе обработки скорости резания в два-три раза по сравнению с инструментом, изготовленным из углеродистой и обычной легированной инструментальной стали.
Все марки быстрорежущей стали обозначаются буквой Р (Р9, Р12, Р18), число, проставленное после буквы Р, показывает среднее процентное содержание вольфрама в этой стали.
Широкое применение имеют быстрорежущие стали, содержащие 3—5% молибдена (Р6М3, Р6М5). Эти стали по прочности превосходят сталь Р18, хотя имеют несколько меньшую теплостойкость. Их обычно применяют для инструментов, работающих в условиях тяжелых силовых режимов.
При обработке легированных, жаропрочных и нержавеющих сплавов и сталей эффективно применение быстрорежущих сталей повышенной производительности, в состав которых входит ванадий и кобальт (Р10КФ5, Р18К5Ф2), или комплекснолегированных сталей (марки Р18МЗК25, Р18М7К25 и Р10М5К25). При наличии в стали 10% и более кобальта твердость ее после термообработки составляет 67—68 и сохраняется до температуры нагрева 640 – 720°С.
Быстрорежущие инструментальные стали применяются для изготовления резцов, сверл, зенкеров, разверток, метчиков, плашек и другого инструмента. .
Твердые сплавы.
Твердые сплавы состоят из карбидов тугоплавких металлов, которые равномерно распределены в кобальтовой связке. Их изготовляют методом прессования и спекания. Твердые сплавы имеют высокие показатели плотности и твердости, которая не снижается даже при нагреве до 800— 900°С. По составу твердые сплавы разделяются на три группы:
- вольфрамовые;
- титановольфрамовые;
- титанотантало-вольфрамовые.
Основными марками твердого сплава вольфрамовой группы, применяемыми для изготовления режущего инструмента являются ВКЗ, ВКЗМ, ВК4, ВК4М, ВК6 ВК6М ВК6В, ВК8, ВК8В, ВК10. В обозначении марки твердого сплава этой группы буква В обозначает группу, буква К и число, следующее за ней — процентное содержание кобальта, являющегося связывающим металлом. Буква М обозначает, что структура сплава мелкозернистая, а буква В — что она крупнозернистая.
Твердые сплавы титановольфрамовой группы.
Твердые сплавы титановольфрамовой группы состоят из зерен твердого раствора карбида вольфрама в карбиде титана, избыточных зерен карбида вольфрама и кобальта, являющегося связкой. Основными марками сплава этой группы являются Т5К10, Т5К12, Т14К8, Т15К6. В обозначении сплавов этой группы число после буквы Т показывает процентное содержание карбида титана, а число после буквы К — содержание кобальта в процентах. Остальное в сплаве — карбиды вольфрама.
Твердые сплавы титанотанталовольфрамовой группы.
Твердые сплавы титанотанталовольфрамовой группы состоят из зерен карбидов титана, тантала, вольфрама и связки, в качестве которой также использован кобальт. Марками этой группы сплавов являются ТТ7К12, ТТ8К6, ТТ10К8Б и ТТ20К9. В обозначении этой группы сплавов число после букв ТТ показывает содержание карбидов титана и тантала, а число после буквы К — содержание кобальта в процентах.
В зависимости от содержания карбида вольфрама, карбида титана, карбида тантала и кобальта твердые сплавы имеют различные свойства. Чем больше кобальта, тем сплав более вязок и лучше сопротивляется ударной нагрузке. Поэтому для изготовления инструментов, которыми выполняют обдирочные работы, используют сплавы с большим содержанием кобальта. При обработке стали применяют твердые сплавы, содержащие карбид титана, так как на инструмент из этих сплавов стальная стружка меньше налипает.
Вольфрамокобальтовые твердые сплавы.
Согласно ГОСТ 3882 – 74 твердые сплавы группы ВК (вольфрамокобальтовые) рекомендуются для обработки хрупких материалов (чугун, бронза). Сплавы группы ТК (титановольфрамокобальтовые) рекомендуются для обработки вязких материалов (сталь, латунь). Сплавы титанотанталовольфрамовой группы применяются при неблагоприятных условиях работы инструмента с ударными нагрузками, при обработке стальных отливок и поковок.
Минералокерамические материалы.
Минералокерамические материалы для режущего инструмента изготавливают в виде пластинок из окиси алюминия Al2O3 (глинозема) методом прессования под большим давлением с последующим спеканием. Они имеют высокую твердость, температуростойкость (до 1200°С), износостойкость и достаточную прочность на сжатие. К недостаткам этих материалов относится большая хрупкость и малая ударная вязкость. Инструменты, оснащенные минералокерамикой, обычно используются при чистовой обработке при точении с постоянной нагрузкой и в случае отсутствия вибрации.
Синтетические материалы.
Синтетический алмаз характеризуется высокими твердостью и износостойкостью, химически мало активен. Имеет небольшой коэффициент трения и слабую склонность к налипанию стружек обрабатываемого материала. Недостатки алмаза его хрупкость и сравнительно низкая температуростойкость (750—850°). Алмазные резцы применяют для финишной обработки цветных металлов, сплавов и неметаллических материалов.
Кубический нитрид бора (КНБ) — синтетический сверхтвердый материал (эльбор, кубанит, гексанит) состоящий из соединений бора и азота. Твердость его несколько ниже твердости алмаза, но температуростойкость значительно выше (1200 – 1300°С). Он химически инертен к материалам, содержащим углерод, поэтому при обработке сталей и чугунов его износостойкость значительно выше износостойкости алмазов. Вставками из КНБ оснащаются токарные резцы для обработки закаленной стали и высокопрочных чугунов.
Рабочая часть металлорежущих инструментов изготавливается из разных материалов.
Выбор материала определяется рядом факторов, основными из которых являются:
- технология изготовления инструмента;
- эффективность использования инструмента.
Все инструментальные материалы подразделяются на несколько групп (рис.2).
При выборе инструментальных материалов необходимо учитывать их основные свойства: температуростойкость (теплостойкость), износостойкость, поведение при термической обработке (деформация, прокаливаемость, склонность к обезуглероживанию), механические свойства, обрабатываемость, стоимость.
Температуростойкость - свойство инструментального материала сохранять достаточно высокую твердость при нагреве во время работы инструмента в течение периода стойкости. Высокая температуростойкость позволяет обеспечивать производительную работу инструмента.
Износостойкость - способность режущей кромки сопротивляться истиранию при резании.
Поведение при термической обработке характеризуется несколькими факторами:
- деформация, то есть изменение формы и размеров инструментов при термической обработке;
- прокаливаемость - способность воспринимать закалку на все сечение инструмента или только на определенную глубину;
- склонность к обезуглероживанию, к уменьшению содержания углерода на поверхности, ведущему к снижению твердости поверхностного слоя.
Механические свойства - определяют способность инструментальных материалов сопротивляться силовым нагрузкам. Основной характеристикой является твердость.
Обрабатываемость - характеризует возможность производительной и качественной обработки инструментальных материалов в холодном состоянии (резание, шлифование) и в горячем (ковка, штамповка, прокатка).
Стоимость всех инструментальных материалов достаточно высока, это необходимо учитывать при выборе их для конкретного инструмента.
В таблице (рис.3) приведены основные данные о свойствах инструментальных материалов.
Углеродистые инструментальные стали
Стали обыкновенного качества марок У7-У13 и высококачественные марок У7А-У13А содержат 0,7-1,3% углерода. Буква А в маркировке свидетельствует о максимально допустимом содержании вредных примесей - серы и фосфора – до 0,03% сообщающих стали красноломкость и хладноломкость.
Применяются углеродистые инструментальные стали сравнительно редко и только для ручных и ударных инструментов, а также для рабочих элементов (матрицы и пуансоны) штампов для холодной штамповки.
Легированные инструментальные стали
Режущие свойства их выше, чем углеродистых. Основными легирующими элементами служат хром, ванадий, молибден, марганец, кремний и вольфрам. Наибольшее распространение получили следующие марки сталей: 9ХС, ХВГ, X12, X12Ф, X12M, ХГС, ХГСВФ.
Применяются легированные инструментальные стали для ручных и машинных (работающих с небольшими скоростями) инструментов, для накатных инструментов и для рабочих элементов штампов.
Быстрорежущие стали
Эти стали получили широкое распространение в промышленности для изготовления металлорежущих инструментов.
Быстрорежущие стали делятся на две подгруппы:
- нормальной производительности марок Р9, PI2, PI8, Р6М5, Р6М3, которые применяются для инструментов, обрабатывающих обычные конструкционные стали;
- повышенной производительности марок Р9К5, P9K10, Р14Ф4,. Р10Ф5К5, Р9М4К8, Р6М5К5, применяющиеся для инструментов, обрабатывающих стали аустенитного класса (нержавеющие, жаропрочные и т.п.).
Основным легирующим элементом быстрорежущих сталей является вольфрам, помимо него в состав сталей могут входить молибден, ванадий, кобальт.
Быстрорежущие стали характеризуются сложностью термической обработки (ступенчатый нагрев под закалку, высокая температура нагрева при малом допустимом интервале, необходимость защитной атмосферы, многократный отпуск).
Повышения режущих свойств быстрорежущих сталей можно добиться рациональными режимами термической обработки, поверхностным упрочнением (хромирование, цианирование, сульфидирование и др.), снижением карбидной неоднородности, пластическим деформированием.
Все более распространенными методами повышения износостойкости становятся покрытия нитридами титана (TiN). Используются многослойные покрытия.
Перспективным методом является получение быстрорежущих сталей методом порошковой металлургии (марки ЗВ20К20Х4, В16М4К16Х4Н2 с HRС67. 69 и температуростойкостью до 750°С).
Твердые сплавы
Твердые сплавы применяются в виде пластинок разной формы, полученных методами порошковой металлургии спеканием карбидов вольфрама, титана и тантала, с кобальтом или никелем и молибденом.
Существуют четыре группы твердых сплавов:
- вольфрамовые (однокарбидные): ВК2 (98%WC + 2% Со). ВКЗ, ВК4В, ВК6М, ВК8, ВК8В, BKI0 и др.:
- титановольфрамовые (двухкарбидные): T5KI2B (5%TiC + 83%WC + 12% Со), T5KI0, Т14К8, TI5K6, Т30К4 и др.;
- титанотанталовольфрамовые (трехкарбидные): TT7KI2, TT7KI5, TTI0K8B (3%TiC + 7%(ТаС +NеС) + 82%WC + + 8% Со);
- безвольфрамовые на основе карбидов титана со связкой из
никеля и молибдена: МНТ (70%Тi С + 16%Ni + 5% Mo) и
КНТ (74%TiCN + 19%Ni + 7% Mo).
Сплавы первой группы применяются для обработки чугуна, пластмасс, цветных металлов и сплавов. Сплавы второй группы - для обработки стали.
С увеличением содержания кобальта прочность сплавов повышается, а износостойкость уменьшается. По прочности первое место занимают трехкарбидные сплавы, затем идут однокарбидные и двухкарбидные.
Режущие свойства твердых сплавов зависят от зернистости и структуры. Величина зерен карбидов - 0,5-1,0 мкм. Мелкозернистые сплавы ВК6М, особомелкозернистые BKIO-ОM, а также крупнозернистые с особой структурой T5KI2B, ВК4В прочнее, чем обычные сплавы и применяются для обработки труднообрабатываемых материалов и при работе с ударной нагрузкой.
При изготовлении цельного твердосплавного инструмента механическую обработку его резанием ведут перед окончательным спеканием (в таком состоянии он представляет графитообразный материал, называемый пластифицированным твердым сплавом). Определяя размеры заготовки, необходимо учитывать большую усадку твердого сплава (до 35%) при окончательном спекании.
Твердые сплавы являются наиболее перспективным инструментальным материалом почти для всех видов инструментов. При конструировании и использовании инструментов целесообразно стремиться применять твердые сплавы.
Ведущие зарубежные фирмы (Sandvik Coromant) используют международную систему маркировки твёрдых сплавов, связывая её с рекомендациями по обработке конкретных материалов, определёнными видами обработки, формой пластин и оптимальными режимами резания.
Приняты следующие обозначения:
P (синий цвет) – для обработки стали;
M (желтый цвет) – для обработки нержавеющей стали;
K (красный цвет) – для обработки чугуна;
N (зелёный цвет) – для обработки алюминия и цветных металлов;
S (коричневый цвет) – для обработки жаропрочных и титановых сплавов;
H (серый цвет) – для обработки материалов высокой твёрдости.
Наряду с буквой имеются цифровые обозначение: Р01, Р10 … Р50; первое из которых характеризует наибольшую износостойкость, последнее – прочность.
Характерными является сервисное обслуживание фирмой конкретных заказчиков по комплексному обеспечению оптимальных условий обработки резанием.
Минералокерамика
Применяется в виде пластин, основу которых составляет технический глинозем (Al2O3). Достоинства керамики: высокая твердость, теплостойкость и износоустойчивость, дешевизна. Недостаток - хрупкость.
Марки минералокерамических пластин ЦМ332, белая керамика - ВШ, черная керамика В-3 (60% Al2O3 + 40% карбиды тугоплавких металлов). В качестве добавок к керамике используют карбиды титана, вольфрама, молибдена. Такие материалы получили название - керметы.
Алмазы
Алмазные инструменты широко применяются в металлообработке: алмазные резцы для чистовой обработки цветных металлов и сплавов и неметаллических материалов, а также алмазные порошки для абразивных инструментов. Широко применяется алмаз в виде специальных карандашей для правки абразивных шлифовальных кругов.
Алмаз - самый твердый инструментальный материал (в 4-5 раз тверже твердого сплава), однако он хрупок и дорог.
Натуральные (естественные) алмазы применяются для металлообработки редко, наиболее распространены в настоящее время инструменты из синтетического алмаза, полученного из графита в условиях высоких температур и давления (до 2000°С и 30-40 тысяч атмосфер).
Вместо однокристальных алмазов обычно лезвийные инструменты оснащаются поликристаллическими алмазами - спеченный мелкий алмазный порошок в виде блока, (цилиндр диаметром 3-5 мм и длиной 5-8 мм).
Синтетические материалы
Основой их служит синтетический сверхтвердый материал - эльбор, состоящий из кубического нитрида бора (43,6% бора + 56,3% азота), имеющего кубическую решетку.
Эльбор используют в виде порошка для изготовления абразивного инструмента и доводочных паст, а также в виде поликристаллических блоков (цилиндр диаметром 3-5 мм и длиной 5-8 мм) для оснащения лезвийного инструмента (резцы, фрезы и др.).
Марки поликристаллических материалов на основе эльбора:
композит 01, композит 02, композит 05, композит 09, композит 10, исмит 1, исмит 2, исмит 3.
Высокие физико-механические свойства позволяют обрабатывать эльборовыми резцами высокопрочные стали (с HRC 48 . 64), металлокерамику, стеклопластик.
4.8. Перспективы совершенствования и использования инструментаных материалов
Из рассмотренных материалов наиболее распространены в металлообрабатывающей промышленности быстрорежущие стали, твердые сплавы и минералокерамика.
Удельный вес инструментов из этих материалов примерно следующий:
- быстрорежущие стали 66%;
- твердые сплавы 32%;
По объему снимаемого металла соотношение между ними выглядит так:
- твердые сплавы 68%.
- быстрорежущие стали 28%;
Основные тенденции совершенствования быстрорежущих сталей и их использования:
- переход на вольфрамомолибденовые марки;
- повышение содержания углерода;
- совершенствование теории легирования сталей;
- улучшение структуры за счет спецдобавок и порошковой металлургии;
- рациональное использование каждой марки стали для конкретных видов инструмента и условий обработки;
- повышение скорости резания для уменьшения наростообразования и большей пластичности срезаемого слоя особенно при зубофрезеровании.
Твердые сплавы - особо перспективный инструментальный материал, основные направления его совершенствования и повышения эффективности использования;
- создание новых марок твердых сплавов с более высокими прочностными и режущими свойствами за счет обработки композиции и улучшения структуре;
- разработка новых марок безвольфрамовых твердых сплавов;
- разработка специальных марок твердых сплавов для условий прерывистого резания;
- дальнейшее совершенствование методов износостойкого покрытия твердосплавных пластин.
Рациональный выбор инструментального материала при конструировании металлорежущего инструмента позволяет повысить эффективность обработки и производительность труда.
Токарные резцы
Назначение и классификация
Резцы – наиболее распространённые однолезвийные инструменты, предназначенные для обработки деталей с вращательным или поступательным главным движением.
Токарные резцы применяются на токарных, револьверных, карусельных, расточных станках, и токарных автоматах и полуавтоматах. В зависимости от вида станка и выполняемой работы используются различные резцы (рис.4), которые классифицируются по следующим признакам:
- по виду обработки (проходные, упорные, подрезные, расточные, отрезные, фасонные)
- по характеру обработки (черновые, чистовые);
- по установке относительно детали (радиальные, угловые, тангенциальные);
- по направлению подачи (правые, левые)
- по конструкции головки (прямые, отогнутые, изогнутые, оттянутые);
- по сечению корпуса (прямоугольные, квадратные, круглые);
- по конструкции (цельные, составные, сборные);
- по материалу рабочей части (из инструментальной стали, твёрдосплавные, из керамических материалов, алмазные, из сверхтвёрдых синтетических материалов).
* Данная работа не является научным трудом, не является выпускной квалификационной работой и представляет собой результат обработки, структурирования и форматирования собранной информации, предназначенной для использования в качестве источника материала при самостоятельной подготовки учебных работ.
МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ
Тема работы: Инструментальные стали для режущего инструмента
Курсовая работа студента
3 курса инженерно-физического факультета
дневного отделения 190805 группы
Новоселова Евгения Эдуардовича
проф.,д.ф.-м.н. Кайбышев Р.О.
Основные свойства инструментальных сталей. 4
Термическая обработка. 5
Список литературы. 10
Введение.
Режущие инструменты, работающие в условиях больших нагрузок, высоких температур и трения, должны удовлетворять ряду особых эксплуатационных требований: твердость материала режущей части инструмента должна значительно превышать твердость материала заготовки, высокая прочность обеспечивает сопротивляемость инструмента деформациям в процессе резания, а достаточная вязкость материала инструмента позволяет ему воспринимать ударные динамические нагрузки, возникающие при обработке заготовок. Поскольку в процессе резания механическая энергия превращается в тепловую, режущая кромка инструмента нагревается до высоких температур.
Условия работы измерительного инструмента приближаются к условиям работы режущего инструмента при легких режимах резания, различие состоит лишь в значительно меньших удельных давлениях на рабочие поверхности. Для разных видов инструмента применяют инструментальные стали разного типа.
Инструментальными сталями называют углеродистые и легированные стали, обладающие высокой твердостью, прочностью, износостойкостью, применяемые для изготовления режущих, измерительных инструментов и штампов.
Основные свойства инструментальных сталей.
Одной из главных характеристик инструментальных сталей является теплостойкость (или красностойкость), то есть устойчивость против отпуска при нагреве инструмента в процессе работы. Различают инструментальные стали, не обладающие теплостойкостью (углеродистые и легированные стали, содержащие до 3 – 4 % легирующих элементов), полутеплостойкие (содержащие свыше 0,6 – 0,7 %C и 4 – 3 %Cr) и теплостойкие (высоколегированные стали ледебуритного класса, содержащие Cr, W, V, Mo, Co), получившие название быстрорежущих.
Основным элементом, определяющим высокую износостойкость инструментальных сталей, является углерод, так как твердость, а следовательно и износостойкость инструмента после термообработки зависит от содержания углерода в мартенсите. Наличие легирующих элементов в значительной степени влияет на прокаливаемость стали, а также увеличивает стабильность мартенсита при нагреве закаленной стали.
Углеродистые инструментальные стали (У7, У8Г, У12А, У8ГА) маркируют буквой У (углеродистая): следующая за ней цифра – средняя массовая доля углерода в десятых доля процента, буква Г говорит о повышенном содержании марганца в данной стали, А – высококачественная, т.е. более чистая по сере и фосфору сталь.
Рис. 1. Схема микроструктуры углеродистых инструментальных сталей
а) Сталь У8 после отжига – перлит зернистый
б) Сталь У8 после закалки и низкого отпуска – мартенсит отпуска
в) Сталь У12 после отжига – перлит зернистый + цементит вторичный
г) СтальУ12 после закалки и низкого отпуска – мартенсит отпуска +цементит вторичный
Доэвтэктоидные и эвтектоидные инструментальные стали в исходном (отожженном) состоянии имеют структуру зернистого перлита (рис. 1). В структуре заэвтектоидных сталей дополнительно присутствует вторичный цементит. Стали с такой структурой имеют низкую твердость и хорошо обрабатываются резанием.
Термическая обработка.
Температура закалки у доэвтектоидных сталей должна быть выше верхней критической точки Ас3 (t = Ас3 + 20 – 40), ?С, а у эвтектоидных и заэвтектоидных выше нижней критической точки Ас1 (t = Ас1 + 20 – 40), ?С, чтобы в результате закалки сталь получила мартенситную структуру. У заэвтэктоидных сталей при этом сохраняется вторичный цементит. Закалку проводят в воде или в водных растворах солей. После закалки инструментальные углеродистые стали подвергаются низкому отпуску при 150 – 170 ?С (рис. 2), снимающего значительную часть закалочных напряжений при сохранении высокой твердости. Формируется структура мартенсит отпуска. У заэвтектоидных инструментальных сталей в структуре дополнительно присутствует вторичный цементит (рис. 1). Поскольку углеродистые стали обладают низкой прокаливаемостью, из них изготовляют в основном инструмент небольшой толщины (напильники, ножовочные полотна, хирургический инструмент).
Рис. 2. График термической обработки заэвтектоидной инструментальной стали.
Углеродистые стали можно использовать в качестве режущего инструмента только для резания материалов с низкой твердостью и с малой скоростью резания, так как при нагреве выше 190 – 200 ?С их твердость резко снижается.
Легированная инструментальная сталь (X, 9X, 9XC, 6XBГ) производится в основном высококачественной, поэтому буква А в конце марки не ставится. Цифра в начале марки показывает среднюю массовую долю углерода в десятых долях процента. Если содержание углерода около 1 %, то цифра обычно отсутствует. Буквы означают легирующие элементы: А (внутри марки) – азот, В – вольфрам, Г – марганец, К – кобальт, М – молибден, Н – никель, С – кремний, Т – титан, Ф – ванадий, Х – хром. Цифры, стоящие после букв, показывают среднюю массовую долю легирующего элемента в целых процентах. Отсутствие цифры после буквы означает, что содержание этого легирующего элемента находится в пределах от 0,1 до 1 %. Легированные инструментальные стали подобно углеродистым не обладают теплостойкостью и пригодны только для резания относительно мягких материалов с небольшой скоростью. Их используют для инструмента, не подвергаемого в работе нагреву свыше 200 – 250 ?С. Легированные стали обладают большей прокаливаемостью, чем углеродистые.
Низколегированные стали (11Х, 13Х) рекомендуются для инструментов диаметром до 15 мм, а стали повышенной прокаливаемостью (9ХС, ХВСГ) имеют большую теплостойкость (250 – 280) ?С, хорошие режущие свойства и сравнительно мало деформируются при закалке. Их используют для изготовления инструментов диаметром 60 – 80 мм.
Окончательная термическая обработка легированных сталей состоит из неполной закалки и низкого отпуска, подобно углеродистым (рис. 2).
При неполной закалке изделие нагревают до t = Ас1 + (30 – 50) ?С, выдерживают и быстро охлаждают в масле или горячих средах, что уменьшает их коробление по сравнению с углеродистыми, охлаждаемыми в воде. Низкий отпуск проводят при температуре 150 – 180 ?С.
Структура инструментальных легированных сталей после окончательной термической обработки состоит из отпущенного легированного мартенсита и легированного зернистого цементита, т.е. она качественно подобна структуре углеродистой заэвтектоидной инструментальной стали после аналогичной термообработки (рис. 1).
Быстрорежущая сталь маркируется буквой Р, а следующая за ней цифра указывает среднюю массовую долю главного легирующего элемента быстрорежущей стали – вольфрама (Р18, Р6М5, Р10К5Ф5). Среднее содержание других легирующих элементов обозначается цифрой после соответствующей буквы. Среднее содержание хрома в большинстве быстрорежущих сталей составляет 4 % и поэтому в обозначении марки стали не указывается. Кроме того, не указывается содержание молибдена до 1 % по массе и ванадия, если его содержание меньше, чем молибдена.
Красностойкость в инструментальных сталях выражается способностью противостоять распаду мартенсита при высоких температурах. Красностойкость достигается за счет уменьшение термодинамической активности углерода. Чтобы получить красностойкость, нужно подавить диффузию углерода. А это достигается за счет введения карбидообразующих элементов. Основными элементами стали, обеспечивающими высокую красностойкость, являются W, Mo, V. Карбидообразующие элементы образуют в стали специальные карбиды: Me6C на основе W и Мо, МеС на основе V и Ме23С6 на основе Сr.
Быстрорежущие стали относятся к карбидному (ледебуритному) классу. Их фазовый состав в отожженном состоянии представляет собой легированный феррит и карбиды Cr7C3, Fe3W3C6, VC, в которых также растворен ванадий. В феррите растворена большая часть хрома: почти весь вольфрам, молибден и ванадий находятся в карбидах. Количество карбидной фазы в быстрорежущих сталях достигает 22 – 30 %.
Рис. 3. Схема микроструктуы быстрорежущих сталей.
а) Литая и отожженная – сорбитообразный перлит + карбиды +
б) Горячедеформированная и отожженная – сорбитообразный
в) Закаленная – мартенсит закалки + аустенит остаточный + карбиды
г) Отпущенная – мартенсит отпуска + карбиды.
В структуре литой бысторежущей стали присутствует сложная эвтектика, напоминающая ледебурит. В результате горячей механической обработки (ковки) сетка ледебуритной эвтектики дробится (рис. 3). Для снижения твердости, улучшения обработки резанием и подготовки структуры стали к закалке после ковки быстрорежущую сталь подвергают отжигу при 800 – 860 ?С. Для придания теплостойкости стали инструменты подвергают закалке и многократному отпуску (рис. 4).
Рис. 4. График термической обработки быстрорежущей стали.
Режимы термической обработки инструментальных сталей приведены в табл. 1, 2, 3 в приложении.
Температура закалки быстрорежущей стали принимают в интервале 1200 – 1290 ?С. Высокие температуры закалки необходимы для более полного растворения карбидов и получения при нагреве аустенита, высоколегированного хромом, вольфрамом, молибденом и ванадием. Это обеспечивает получение после закалки мартенсита, обладающего высокой теплостойкостью. Однако даже при очень высоком нагреве растворяется только часть карбидов, примерно 30 – 60 % от имеющихся у различных марок быстрорежущих сталей.
Высоколегированный аустенит, полученный при нагреве под закалку, обладает большой устойчивостью, поэтому быстрорежущие стали имеют малую критическую скорость охлаждения (закалки) и могут закаливаться на воздухе. Однако на практике в качестве охлаждающей среды применяется масло.
Структура быстрорежущей стали после закалки представляет высоколегированный мартенсит, содержащий 0,3 – 0,4 %С, нерастворенные избыточные карбиды и высоколегированный остаточный аустенит, составляющий 25 – 35 %. Поскольку остаточный аустенит понижает режущие свойства стали, его присутствие в готовом инструменте недопустимо.
После закалки следует отпуск при 550 – 570 ?С, вызывающий превращение остаточного легированного аустенита в легированный мартенсит и дисперсионное твердение в результате частичного распада мартенсита и выделения карбидов (рис. 3), что сопровождается увеличением твердости. Чтобы весь остаточный аустенит перевести в мартенсит и произошел отпуск вновь образовавшегося мартенсита, применяют многократный (чаще трехкратный) отпуск при 550 – 570 ?С.
Читайте также: