Машиностроение является важнейшей отраслью промышленности (стр. 15 )

В тесной связи с износостойкостью находится режущая способность инструмента. При формообразовании путем резания металлов (точение, сверление и т. д.) режущая способность вследствие износа снижается. Установлено, чем выше твердость, тем выше износостойкость, однако при этом обычно снижается вязкость инструмента и увеличивается опасность хрупкого излома. Поэтому в зависимости от требуемой вязкости для того или иного инструмента существует граница повышения износостойкости.

Износостойкость зависит не только от твердости, но и от количества карбидов в инструментальном материале. Однако при содержании в сталях >25% (по объему) карбидов достигается граница деформируемости, и резко возрастает склонность к хрупкому разрушению. Поэтому такой путь возможен только для инструментов простой формы, и не подверженных растягивающим нагрузкам.

Так как повышение износостойкости ограничивается химическим составом или термической обработкой, предпринимаются попытки повысить стойкость инструмента изменением поверхностного слоя. Хорошо показали себя твердое хромирование, азотирование и цементирование. Применяется также нанесение на поверхность инструмента карбида и нитрида титана. При этом износостойкость режущих инструментов возрастает в 4 раза.

Эксперименты по влиянию легирующих элементов на износостойкость показали, что наиболее сильно влияет на ее увеличение ванадий.

Инструментальные стали.

Углеродистые инструментальные стали обладают достаточно высокой прочностью и твердостью, но теряют эти качества уже при 180-2000С. Поэтому их применяют в основном для изготовления ручного инструмента.

Буква У в марке стали обозначает – углеродистая, цифра – содержание углерода в десятых долях процента, буква А (в конце марки) – высококачественная, с содержанием серы и фосфора не более 0,03%, буква Г – марганцовистая.

В таблице 5 приведены марки углеродистых сталей, применяемых для изготовления режущего инструмента.

Таблица 5.

Углеродистые стали для режущего инструмента.

Марка стали        

Назначение

У7; У7А        Инструмент, работающий с ударами (зубила, кернеры, ножи по металлу)

У8; У8А; У8Г; У8ГА        Инструмент для обработки древесины (фрезы, зенковки, пилы продольные и поперечные)

У10; У10А        Развертки, плашки, метчики, ножовочные пилы

У11; У11А; У12; У12А; У13; У13А        Напильники, метчики, развертки

Легированные инструментальные стали имеют более высокую теплостойкость 350-4000С. Однако и их применение оправдано лишь при небольших скоростях резания.

В таблице 6 приведены марки таких сталей и область их применения.

Быстрорежущие стали легированы вольфрамом, хромом, ванадием и молибденом. Имеют высокую прочность, твердость и красностойкость. Они не теряют свои режущие свойства при нагреве до 600-6700С. Маркируются буквой Р и числом, показывающим среднее содержание вольфрама в процентах. Среднее содержание других элементов показывают цифры, проставляемые за буквами соответствующих элементов.

Быстрорежущие стали подразделяются на 2 группы

1. Стали нормальной производительности (Р18, Р9, Р12М3, Р18Ф2), пригодные для обработки с высокой скоростью резания чугуна и конструкционных сталей с твердостью до 260-280 НВ.

2. Стали повышенной производительности (Р18К5Ф2, Р9К5, Р9К10, Р14Ф4, Р10К5Ф5), пригодные для обработки материалов указанной выше твердости со скоростью резания большей на 5-10%.

Инструментальная быстрорежущая сталь Р18 обладает высокой красностойкостью, твердостью в горячем состоянии и износостойкостью, а также хорошей вязкостью и удовлетворительной шлифуемостью.

Основные свойства распространенных марок быстрорежущих сталей по сравнению с Р18 и их примерное назначение представлены в табл.7.

Таблица 6.

Легированные стали для режущего инструмента.

Марка стали        

Назначение        

НRС после термообработки

11Х        

Метчики с диаметром до 30 мм        

62

13Х        

Гравировальный инструмент        

64

ХВ5        

Гравировальные резцы и фрезы при обработке твердых материалов        

65

В1        

Сверла, метчики, развертки        

62

9ХС        

Сверла, развертки, метчики, плашки, гребенки        

62

ХВГ, ХВС        

Протяжки, развертки длинные, специальные фрезы и плашки        

62

7ХФ

8ХФ

9ХФ        

Рамные, круглые и ленточные пилы, деревообрабатывающий инструмент (топоры, долота, стамески), инструмент для ударных нагрузок (зубила)        

59

9Х5Ф        

Ножи для фрезерования древесины, строгальные пилы        

60

8Х4В4Ф1 (Р4)        

Ножи для фрезерования древесины и другой деревообрабатывающий инструмент, работающий в тяжелых условиях с нагревом режущей кромки        

61

Таблица 7

Основные свойства быстрорежущих сталей и их назначение.

Марка стали        

Свойства по сравнению с Р18        

Назначение

Теплостойкость, Износостойкость        

Шлифуемость

Р18Ф2        

Более высокие        

Удовлетворительная        

Обработка нержавеющих и жаропрочных сплавов

Р9К5; Р9К10; Р9Ф2К5        

Несколько выше        

Пониженная        

Обработка твердых материалов при умеренных скоростях

Р10К5Ф5        

Высокие        

Низкая        

Очень хороша при работе с ударом (высокая вязкость)

Р9Ф5        

Износостойкость выше; красностойкость незначительно выше        

Низкая        

Для чистового инструмента. Для обработки пластмасс

Данные, позволяющие по свойствам обрабатываемых материалов выбрать инструментальную сталь для обработки резанием, приведены в табл.8.

В связи с широким использованием в последнее время инструментов из дальнего зарубежья в табл.9 приведены свойства и применение наиболее распространенных европейских и американских инструментальных сталей.

Термическая обработка инструментальных сталей

Быстрорежущие стали поступают от производителей в состоянии ковки от температур 1150-12000С и последующего изотермического отжига (с выдержкой 6-8 ч). При этом нагрев производится до 830-8600С, выдержка при 730-7600С. Получаемая твердость ~293 НВ.

После изготовления инструмента его подвергают термической обработке по одному из двух вариантов (рис.27).

Термическая обработка инструмента из быстрорежущей стали имеет ряд особенностей.

Нагрев под закалку производят с двумя подогревами в печах до 600 и 8000С, так как в связи с высокой степенью легированности сталь имеет низкую теплопроводность и при быстром нагреве могут образоваться трещины.

Окончательный нагрев до 1240-12800С проводят быстро в печах-ваннах с расплавом соли ВаСl2 , которая раскисляется бурой или ферросилицием для предотвращения обезуглероживания. Очень высокая температура нагрева требуется для того, чтобы растворить карбиды вольфрама и ванадия в аустените.

Охлаждение обычно проводят в масле или расплаве КNО3 или NaNО3 нагретых до 500-5500С (ступенчатая закалка), дальнейшее охлаждение на воздухе.

После закалки структура стали состоит из мартенсита и значительного количества остаточного аустенита (до 30%). С целью уменьшения его количества инструмент подвергают обработке холодом с последующим отпуском при 5600С или трехкратному отпуску при 5600С - 1ч. В процессе такой обработки основная часть остаточного аустенита превращается в мартенсит, что является особенностью быстрорежущих сталей, и выделяются твердые карбиды вольфрама и ванадия. Твердость и режущие свойства повышаются.

Таблица 8.

Назначение инструментальных сталей и область их применения.

Наименование инструмента        

Обрабатываемый материал

Сталь

НВ < 230        

Чугун

НВ < 220        

Сталь

НВ > 230        

Чугун

НВ > 220

Резцы токарные и строгальные        

Р9        

Р9        

Р9Ф2К5        

Р9М5

Резцы фасонные        

Р9        

Р9        

Р14Ф4        

Р6М5

Сверла        

Р9; 9ХС; У10А; У12А        

Р9; 9ХС; У10А; У12А        

Р10Ф5К5        

Р10Ф2К10

Зенкеры        

Р9; 9ХС        

Р9; 9ХС        

Р9        

Р9

Развертки        

Р9; 9ХС        

Р9; 9ХС        

Р6М5        

Р9

Протяжки        

Р18; Р9; ХВГ        

Р18; Р9; ХВГ        

Р6М5        

Р18; Р9

Фрезы        

Р9; 9ХС        

Р9; 9ХС        

Р18Ф2        

Р9Ф2К5

Фрезы модульные        

Р18; Р9        

Р18; Р9        

Р18Ф2        

Р18; Р9

Долбяки, зубострогальные резцы        

Р9; 9ХС; У12А        

Р9; 9ХС; У12А        

Р18; Р9        

Р18; Р9

Плашки круглые        

У10А        

У10А