ДА СЕкатегория:

Ключарска и инструментална работа

Основни свойства на инструменталните материали

Материалите, използвани за производството на режещи инструменти, могат да бъдат разделени на три основни групи:
1) инструментални стомани;
2) твърди сплави;
3) неметални инструментални материали.

Материалът на инструмента трябва да има определени експлоатационни свойства, които съответстват на условията на работа на режещия инструмент. Твърдостта и якостта на материала на инструмента трябва да бъде по-висока от подобните параметри на обработвания материал (стомана и чугун). При рязане работната част на инструмента се нагрява до високи температури, а режещите му ръбове са подложени на интензивно износване, така че материалът на инструмента трябва да има висока устойчивост на топлина и износоустойчивост.

Инструментални стомани. Сплав от желязо с въглерод (съдържанието на последното е 0,1-1,7%) се нарича стомана. Стоманите, съдържащи повече от 0,65% въглерод и поради тази висока твърдост, се наричат ​​инструментални стомани.

За подобряване на експлоатационните или технологичните свойства на инструменталната стомана в нейния състав се въвеждат легиращи (подобряващи) елементи. Такива стомани се наричат ​​легирани и тяхното обозначение (клас) включва руска буква, съответстваща на името на легиращия елемент: X - хром (Cr); F - ванадий (V); H - никел (Ni); K - кобалт (Co); G - манган (Mn); Т - титан (Ti); M - молибден (Mo); B - ниобий (No); C - силиций (Si); Ta - тантал (Ta); B - волфрам (W) и др.

Въглеродът в стоманата няма буквено обозначение и съдържанието му (в десети от процента) е посочено в началото на маркировката. Съдържанието на легиращия елемент се посочва в проценти след съответната буква. Например, легирана хром-силициева стомана клас 9XC съдържа 0,9% въглерод, 1% хром и 1% силиций. Ако съдържанието на въглерод или легиращ елемент в стоманата е равно или приблизително равно на 1%, тогава единицата в маркировката се пропуска. Например стоманата от клас HVG съдържа 1% въглерод, 1% хром, 1% волфрам и 1% манган.

Въглеродните инструментални стомани, в зависимост от съдържанието на въглерод, се определят с класове U7A, U8A, U9A, U10A, UNA, U12A, U13A. Например стомана клас U7A: въглерод (буква U), съдържа 0,7% въглерод (номер 7); с високо качество (буква А), т.е. с ниско съдържание на вредни примеси (сяра и фосфор). Термоустойчивостта (QK = 180-L220°C) и устойчивостта на износване на въглеродните инструментални стомани са по-ниски от тези на другите инструменти. Колкото по-високо е съдържанието на въглерод, толкова по-високи са тези параметри.

Твърдостта (след отгряване) 187-207 HB е ниска, така че тези стомани се обработват добре чрез рязане.

Закалените въглеродни стомани се смилат добре. Тези стомани (най-евтиният инструментален материал) се използват за производството на инструменти, работещи при ниски температури на рязане: дървообработващи и монтьорски инструменти; шаблони и калибри с намалена точност; пили, стъргалки, ролки, кранове и др.

Нисколегираните инструментални стомани включват марки стомани 9XC, KhGS, KhVG, KhVGS и др. Тези стомани, съдържащи около 1% въглерод, както и хром (1%), манган (1%), силиций (1%) и волфрам ( 1% ), се характеризират с по-добра втвърдяемост, повишена втвърдяемост и топлоустойчивост, по-малка склонност към растеж на зърната.

Термоустойчивостта на тези QK стомани е 250-260 ° C, закаляването е 40-50 mm, твърдостта (след отгряване) е 241-255 HB. Обработваемостта на нисколегираните стомани е малко по-лоша от въглеродните стомани, те са по-податливи на изгаряне по време на смилане.

Тези стомани се използват за производството на матрици, метчици, свредла, райбери и др., както и матрици за студено щамповане.

Бързорежещите стомани се използват за производството на режещи инструменти, работещи при високи скорости, сили и температури на рязане. Тези стомани се характеризират с висока устойчивост на износване, топлоустойчивост, здравина и жилавост. Бързорежещите стомани се разделят на две групи: 1) стомани, легирани с волфрам и молибден и съдържащи до 2% ванадий (P18, P12, P9, P6M5, P6MZ и др.); 2) стомана, легирана с волфрам и кобалт и съдържаща повече от 2% ванадий (R18F2, R14F5, R9F5, R10F5K5, R9K5, R9KYu и др.).

Първата група принадлежи към стоманите с нормална производителност, а втората - към стоманите с повишена производителност.

В началото на маркировката на тези стомани е буквата P (което означава високоскоростна), числото след нея показва средното съдържание на волфрам ( ), следващите букви и цифри показват имената на други легиращи елементи и съответно тяхното средно съдържание (). В допълнение, бързорежещите стомани съдържат въглерод (0,7-1,5%), хром (3-4,4%) и някои други елементи, които не са посочени в маркировката. Например, високоскоростната стомана клас P18 съдържа 0,7-0,8% въглерод, 17-18,5% волфрам, 3,8-4,4% хром, 1-1,4% ванадий.

Високопроизводителните свойства на бързорежещите стомани се осигуряват от тяхното легиране с волфрам, ванадий и молибден, които се комбинират с въглерод, за да образуват съответните карбиди (WC, VC и MoC). Износоустойчивостта на бързорежещите стомани е 3-5 пъти по-висока от тази на въглеродните и нисколегираните стомани; топлоустойчивостта е 620 °C, а при легиране с кобалт 640 °C. Наличието на ванадий допринася за образуването на финозърнеста структура, което повишава якостта и намалява чупливостта на стоманата.

Бързорежещите стомани също имат високи технологични свойства: те се закаляват в нагрято масло, разтопени соли и при охлаждане на въздух (т.е. не изискват бързо охлаждане); калциниран по цялото напречно сечение, независимо от размера на детайла.

Недостатъците на тези стомани са висока твърдост в състояние на доставка (255-269 HB); склонност към карбидна хетерогенност; намалена смилаемост (особено за стомани, легирани с ванадий).

Най-разпространена е стоманата марка R6M5, използвана за производството на всички видове режещи инструменти, предназначени за обработка (със скорост на рязане до 1-1,2 m / s) на въглеродни и среднолегирани конструкционни стомани.

Твърдите сплави са метални материали, характеризиращ се с висока топлоустойчивост, устойчивост на износване и твърдост. Топлоустойчивостта и твърдостта на тези сплави са съответно два пъти и 1,3-1,4 пъти по-високи от подобните параметри на бързорежещата стомана клас P18. Следователно издръжливостта на твърдосплавните инструменти е много по-висока от издръжливостта на високоскоростните инструменти и това предимство е по-голямо, колкото по-висока е скоростта на рязане.

Твърди сплави, произведени чрез прахова металургия (чрез пресоване под формата на натрошени метални прахове и тяхното последващо синтероване при високи температури), се наричат ​​металокерамики.

Основата на керамично-металните твърди сплави са зърна от волфрамов карбид (WC), титан (TiC) и тантал (TaC), които са свързани помежду си с кобалт (здрав и пластичен материал). Размерът на зърното обикновено е не повече от 1-2 микрона. Кобалтът запълва цялото пространство между зърната, без да оставя кухини (пори) и ги циментира.

Твърдите сплави се делят на три групи: волфрам (В); титан-волфрам (TV); титанотан-тал-волфрам (TTV). Сплавите от група B се състоят от волфрамови карбиди, свързани с кобалт. Тази група включва сплави от степени VK.Z, VK4, VK6, VK8 и др. Тук буквата B означава волфрам; К - кобалт; числото след буквата, съдържанието на кобалт в . Например, сплав от клас VK8 съдържа 8кобалт и 92% волфрамови карбиди.

Твърдите сплави от телевизионната група се състоят от титанови карбиди и волфрамови карбиди, свързани с кобалт. Тази група включва сплави от степени T5K.Yu, T15K8, T15K6, T30K4. Сплавта клас T15K6 съдържа 15% титанови карбиди, 6% кобалт и 79% волфрамови карбиди.

Третата група включва твърди сплави марки TT7K12, TT10K8, TT20K9 и др., Състоящи се от волфрамови карбиди, титанови карбиди, танталови карбиди, свързани с кобалт. Твърдата сплав TT7K12 съдържа 12% кобалт, 7% титанов и танталов карбиди и 81% волфрамови карбиди.

Твърдостта на металокерамичните твърди сплави е 87-92 HRA. С увеличаване на съдържанието на кобалт твърдостта и износоустойчивостта на сплавите намаляват, но в същото време се увеличава тяхната жилавост и якост.

Топлоустойчивостта на сплавите от първата и втората група е около 1000 ° C; сплави от трета група - 1050-1100 °C.

Твърдите сплави от група В се използват при обработката на детайли от чугун, цветни метали и техните сплави и неметални материали (пластмаси, фибростъкло и др.); сплави от телевизионната група - при обработка на въглеродни и легирани стомани; сплави от групата TTV - при обработка на трудни за рязане материали, устойчиви на корозия и топлоустойчиви стомани и сплави, титанови сплави, при грубо струговане и фрезоване стоманени заготовки. Произвеждат се два вида твърдосплавни пластини - за запояване върху държачи и корпуси на инструменти и за механично закрепване върху тях (предпочита се последният вид закрепване). Целта, формата, размерите и степента на точност на твърдосплавните вложки се определят от стандарта.

Минерално-керамичните твърди сплави се състоят от огнеупорни оксиди на алуминий (A1203) или цирконий (Zr02), свързани със стъкловидно вещество. Тези сплави, произведени чрез пресоване на прахове от тези оксиди, последвано от синтероване, имат висока твърдост (91–92 HRA), устойчивост на топлина (1300 ° C) и устойчивост на износване, но са много крехки.

Керметите са малко по-малко крехки - твърди сплави, в които огнеупорните оксиди са свързани с метали (желязо, никел, титан и др.), Минералната керамика и металокерамиката се използват за фино струговане (със скорост 4-5 m / s) на детайли с единна надбавка; при което предпоставкае високата твърдост на машинния инструмент и технологичното оборудване.

През последните години монокристали от естествен диамант и поликристали от синтетичен диамант и кубичен борен нитрид (CBN) се използват като инструментални материали за режещи инструменти (фрези, свредла, фрези). В зависимост от суровината, легиращите добавки и технологията на производство се получават различни видове CBN, наречени композити.

Диамантените ножове се използват за високопроизводителна довършителна и полуфинишна обработка (при скорост на рязане 5-10 m/s) на цветни метали и сплави, титан и неметални материали.

Ножевите инструменти, изработени от CBN, се използват за довършване (при скорост на рязане 0,7-1,7 m/s) на закалени легирани и закалени инструментални стомани. Такава производителност не е възможна при рязане с други инструменти. Например, при обработка с CBN фрези, скоростта на рязане достига 7-12 m / s, т.е. тя се доближава до скоростта на смилане.

Режещият клин, когато взаимодейства с материала на детайла, извършвайки непрекъсната деформация и отделяне на материала, е подложен на сила и топлина, както и на абразия. Тези условия на работа ни позволяват да формулираме основните изисквания към материала на режещата част на инструмента. Пригодността на такива материали се определя от тяхната твърдост, устойчивост на топлина, механична якост, устойчивост на износване, технологичност и цена.

1. Твърдост. Въвеждането на един материал (клин) в друг (заготовка) е възможно само с преобладаващата твърдост на материала на клина, следователно твърдостта на инструменталните материали като правило е по-висока от твърдостта на обработваните материали. Въпреки това, с повишаване на температурата на материала на инструмента, неговата твърдост намалява и може да не е достатъчна, за да предизвика деформация и отделяне на материала. Свойството на материалите да поддържат необходимата твърдост при високи температури се нарича топлоустойчивост.

2. Топлоустойчивост. Определя се от критичната температура, при която настъпва промяната в твърдостта. Ако температурата е над критичната, инструментът няма да работи. Като цяло устойчивостта на топлина определя новата скорост на рязане.

3. Механична якост. Значението на механичната якост за инструменталния материал се обяснява с неговите условия на работа, които се характеризират с натоварвания на огъване, натиск и удар, поради което якостта на огъване, натиск и ударна якост на материала са основните показатели за якостта на инструменталния материал.

4. Устойчивост на износване. Способността на материала да издържа на износване определя живота на материала на инструмента. Износоустойчивостта се характеризира с работата на силата на триене, свързана със стойността на износената маса на материала. Важността на тази характеристика е, че тя определя запазването на първоначалната геометрия на инструмента във времето, т.к. в процеса на работа има постоянно изтриване на инструмента (повърхността на клина).

5. Технологичност. Технологичност на материала - способността му да отговаря на изискванията на технологията на термична обработка, обработка под налягане, механична обработка и др., Е свойство, което определя възможността за производство на инструмент с даден дизайн.

6. Разходи. Материалът на режещите инструменти не трябва да бъде с висока цена, т.к. това в крайна сметка определя обхвата на неговото използване.

════════════════════════════════════

Групи инструментални материали,
използвани за направата на режещи инструменти

1. Инструментални стомани

U7, U7A, U13, U13A

Въглеродните стомани се използват за производството на инструменти, които работят при ниски скорости на рязане от 15-18 m / min, както и при температури не по-ниски от 200-230 ° C. Това е настолен инструмент (длето, пили, кранове, матрици и т.н.). Твърдостта на въглеродните стомани след термична обработка достига HRC 62-64.

2. Легирана стомана

За подобряване на техническите или други свойства на въглеродните стомани в тях се въвеждат легиращи елементи. Така например:

(Ni) Никел (H) - повишава пластичността и якостта, повишава закаляването

(Mn) Манган (G) - повишава якостта, закаляването, устойчивостта на износване

(Cr) Хром (X) - втвърдява стоманата

(W) Волфрам (B) - повишава твърдостта, устойчивостта на износване, устойчивостта на топлина

· (V) Ванадий (F) ограничава промяната в свойствата при нагряване, подобрява качеството на повърхността и заваряемостта, но влошава смилаемостта.

(Mo) Молибденът (M) повишава закаляемостта, здравината, пластичността, издръжливостта

· (Si) Силиций (C) увеличава закаляемостта.

Термоустойчивостта на легираната стомана е не повече от 300-350 ° C. Нисколегираните стомани (X) с хром се използват за производството на метални инструменти. Високолегирани стомани ХВГ, ХСВГ за фасонни фрези, свредла с малък диаметър, протяжки, райбери и други инструменти, работещи със скорост на рязане до 25 м/мин.

3. Бързорежещи стомани

Специална група инструментални стомани са бързорежещи стомани със съдържание на волфрам 6-18% с висока устойчивост на топлина (до 650 ° C). Подходящи са за изработване на инструменти, работещи със скорост на рязане до 60 м/мин.

Свредла, метчици, фрези, зенкери, райбери, матрици и др. са изработени от бързорежеща стомана с нормална производителност R9, R18, а инструментите за обработка на високоякостни и трудни за обработка материали са изработени от високопроизводителни стомани R18F2 , R18F5, R10K5F5 или R9F5, тъй като тези видове стомана имат повишена устойчивост на износване и ви позволяват да работите със скорости до 100 m/min.

С оглед на недостига на волфрам, като правило, само режещата част е направена от инструменталния материал (плочи, заварени към държачите), а частта на тялото е изработена от обикновена конструкционна стомана. След термична обработка твърдостта на бързорежещата стомана достига HRC 64 или повече.

4. Металокерамични твърди сплави

Тези материали са сплави от огнеупорни метални карбиди с чист метален кобалт, действащ като свързващо вещество (TiC, TaC, WC).

Твърдите сплави се получават чрез пресоване, последвано от синтероване на формования материал. Използват се под формата на плочи, получени чрез синтероване при 1500 o -1900 o. Този материал има топлоустойчивост 800 o -1000 o, което позволява обработка със скорост 800 m/min. В промишлеността се използват многостранни плочи (3, 4, 6). Недостатъкът е, че материалът не издържа добре на ударни натоварвания поради крехкост (колкото повече кобалт в състава, толкова по-висока е пластичността).

Всички металокерамични сплави са разделени на три групи:

Единичен карбид. Волфрам-кобалтови твърди сплави VK2, VK6, VK8, където цифрите след буквите показват процентното съдържание на кобалт. Увеличаването на процента кобалт повишава якостта. Сплавите от тази група са най-издръжливи. Използват се за обработка на чугун, цветни метали и техните сплави, неметални материали. Топлоустойчивост 250-1000 o C.

· Двукарбидни. В тези сплави, в допълнение към компонентите на сплавите на групите VK, той включва титанов карбид T5K10, T15K6, където 6% кобалт, 15% титанов карбид, а останалото е волфрамов карбид. Използва се при обработката на въглеродни и легирани стомани. Гранична устойчивост на топлина 1050 o C.

· Трикарбидни. Допълнително въведен танталов карбид в допълнение към изброените по-горе. TT17K6, TT17K12, където 17 е общото съдържание на титанови и танталови карбиди, 12 е съдържанието на кобалт, т.е. 71-волфрамов карбид. Тези сплави имат висока якост, използват се при обработката на топлоустойчиви стомани и титанови сплави.

Група R- (синьо)

Сплавите от група P са необходими за обработка на материали, които дават дренажни стружки (стомана)

Група М - (жълто)

При обработка на неръждаеми, топлоустойчиви стомани и титанови сплави

M40-TT7K12, VK10-OM

М - малък, ОМ - много малък

Група K - (червено)

Сплавите от група К се използват за обработка на нископластични материали, цветни сплави, пластмаси, дърво, чугун

5. Минерално-керамични инструментални сплави

Тези сплави се приготвят на базата на алуминиев оксид Al 2 O 3 с малки добавки на магнезиев оксид и се синтероват при 1700 o. Например, TsM332 се използва за полуобработка и довършителни работи на стоманени и чугунени заготовки, има висока устойчивост на износване, добри режещи свойства, е по-евтин от твърдите сплави, но е крехък. Материалът има устойчивост на топлина до 1200 o.

6. Свръхтвърди инструментални материали.

Това са материали на базата на кубичен борен нитрид (CBN) с висока твърдост и топлоустойчивост. Пример за това е elbor-R, който се използва при довършителни работи на чугун и закалени стомани. Така се постига грапавостта, характерна за шлайфането. Режещата част на инструмента е изработена от монокристали с диаметър 4 мм и дължина 6 мм.

За производството на режещата част на инструмента се използват естествени диаманти (A) и синтетични (AC) диаманти с тегло от 2 до 0,85 карата *. Естествените диаманти се използват за фино струговане на цветни метали и сплави от пластмаси и други неметални материали. Синтетичните диаманти се използват при обработката на материали с високо съдържание на силиций, фибростъкло и пластмаси. Диамантите имат висока твърдост, нисък коефициент на триене и лека способност за залепване с чипове, висока устойчивост на износване. Недостатъкът е ниската устойчивост на топлина и високата цена.

Сравнителна характеристика
инструментални материали

════════════════════════════════════

Геометрия на инструмента за струговане

При обработка на материали чрез рязане разграничете следните повърхности:

1- обработено

2 - обработени

3 - режеща повърхност

Общ инструмент за обработка на външни и вътрешни повърхности е инструмент за завъртане, състои се от работна част - I и тяло - II. Работната част е снабдена с инструментален материал, тялото е изработено от конструкционни стомани. Последният е необходим за монтиране на инструмента в държача.

Работната част на ножа се формира от редица повърхности, които, пресичайки се, образуват режещия ръб и върха на ножа-6. 1 - повърхността, върху която се отделят чиповете. Задни повърхности 2 и 3 са обърнати към детайла. Пресичайки се с предната повърхност 1, те образуват режещи ръбове: основен - 4 и спомагателен - 5. Съответно задната повърхност 2 (тя е обърната към режещата повърхност) е основната, а 3 е спомагателната (насочена към обработваната повърхност). Върхът на ножа е точката на пресичане на режещите ръбове.

Важна ролявъв физическите процеси, протичащи в процесите на рязане, игра ъгли на фрезата(ъгли на рязане)

а - релефният ъгъл намалява триенето между задната повърхност на инструмента и работната повърхност, увеличаването на ъгъла води до намаляване на якостта

a 1 - наличието на този ъгъл намалява триенето

g - ъгълът на наклона може да бъде както положителен, така и отрицателен или нулев, с намаляване на ъгъла, деформацията на изрязания слой намалява, тъй като инструментът се врязва в материала по-лесно, силите на рязане намаляват, условията на потока на чипа се подобряват и с силно увеличение на ъгъла, топлопроводимостта намалява, раздробяването се увеличава

b - ъгъл на конус - ъгълът между предната и основната задна повърхност на фрезата

d - ъгъл на рязане - ъгълът между предната повърхност на фрезата и равнината на рязане

j- основен ъгълв плана определя грапавостта на повърхността, това намаление подобрява качеството на повърхността, но в същото време дебелината намалява и ширината на слоя отрязан материал се увеличава, с намаляване на този ъгъл може да възникне вибрация

j 1 - допълнителен ъгъл в плана, с намаляване на ъгъла, силата се увеличава

e - ъгъл в горната част на режещия ъгъл между проекциите на режещите ръбове върху основната равнина = 180°- (j+j1)

l - ъгълът на наклона на режещия ръб е положителен, когато горната част на ножа е най-високата точка, и отрицателен, когато горната част на ножа е най-ниската точка, влияе върху посоката на потока на чипа

Стойностите на ъглите се променят поради грешката на фрезата.

препис

2 Ю. М. ЗУБАРЕВ СЪВРЕМЕННИ ИНСТРУМЕНТАЛНИ МАТЕРИАЛИ, ОДОБРЕНИ от Учебно-методическата асоциация на университетите за обучение в областта на автоматизираното машиностроене (UMO AM) като учебник за студенти от висшите образователни институциистуденти по специалността на посоката на обучение "Проектиране и технологична поддръжка на машиностроителната промишленост" САНКТ ПЕТЕРБУРГ МОСКВА КРАСНОДАР 2008 г.

3 BBK 34 Z 91 Зубарев Ю. М. Z 91 Съвременни инструментални материали: Учебник. Санкт Петербург: Издателство Лан, стр.: ил. (Учебници за ВУЗ. Специална литература). ISBN В книгата са разгледани съставите и свойствата на съвременни местни и чуждестранни инструментални материали, дадена е тяхната класификация, дадени са свойства и технологични препоръки за техния ефективен избор и приложение. Дадени са методите за закаляване и повишаване на износоустойчивостта на режещия инструмент. Книгата ще бъде полезна за студенти от старши инженерни специалности, учители и специализанти. Предназначен е и за инженерни и научни работници на машиностроителни предприятия, проектантски институти и изследователски институти, технолози, свързани с проектирането, производството и използването на режещи инструменти. ББК 34 Рецензент: В. В. МАКСАРОВ гл. Катедра по автоматизирани инженерни технологии, Северозападен технически университет, професор, доктор на техническите науки Корица А. Ю. ЛАПШИН Защитен от закона за авторското право на RF. Възпроизвеждането на цялата книга или част от нея е забранено без писменото разрешение на издателя. Всеки опит за нарушаване на закона ще бъде преследван. Издателство Лан, 2008 г. Ю. М. Зубарев, 2008 г. Издателство Лан, произведение на изкуството, 2008 г.

4 ВЪВЕДЕНИЕ Общият напредък в машиностроенето и металообработването е тясно свързан с развитието на дизайна на режещите инструменти и подобряването на инструменталния материал. Режещите инструменти са материалите, от които е направена работната част на режещите инструменти. Свойствата на режещия материал на инструмента оказват значително влияние върху процеса на образуване на стружки и оказват решаващо влияние върху режещите свойства на инструмента и постижимото ниво на скорости на рязане. Ефективното рязане на един материал от друг е възможно, ако са изпълнени следните изисквания: Материалът на инструмента трябва да има достатъчна якост, за да може режещият инструмент да издържи без крехко счупване (разцепване) натоварванията, които възникват и действат върху него при рязане на този материал на детайла. Притежавайки достатъчна способност да устои на крехко счупване, материалът на инструмента трябва в същото време да осигурява достатъчна стабилност на размерите на режещата част на инструмента, т.е. способността да не се променя формата, която му е дадена чрез заточване по някакъв значителен начин под действието на натоварвания, възникващи по време на рязане. Последното означава, че материалът на инструмента има достатъчна пластична якост. С достатъчна крехка и пластична якост, режещият материал на инструмента трябва също така да има възможно най-високата устойчивост на износване, т.е. способността да се съпротивлява.

5 отстраняване на малки частици от работната повърхност на инструмента от изходящите чипове и обработената повърхност на детайла. Материалът на инструмента отговаря на посочените изисквания, ако има: висока твърдост, значително надвишаваща твърдостта на обработвания материал, способност да поддържа дълго време твърдост при нагряване, т.е. топлоустойчивост и достатъчна якост на натиск, огъване и срязване. Също така важна е способността да не се срутва под въздействието на така наречените термични удари, т.е. многократно повтарящи се резки промени в температурата. В същото време е необходимо да се вземат предвид технологичните свойства на материала, т.е. онези свойства, които влияят върху способността му да се обработва в различни операции. технологичен процеспроизводство на режещи инструменти. Подобряването на качеството и подобряването на инструменталния материал са най-важните фактори за повишаване на ефективността на машиностроителното производство, тъй като режещият инструмент определя постижимото ниво на условията на рязане и степента на използване на оборудването. Точността и качеството на режещия инструмент оказват пряко влияние върху точността и експлоатационните характеристики на частите на машинните възли, както и върху общия експлоатационен живот на агрегата или машината. За инструменталните материали трябва да се разграничи понятието производителност на процеса на обработка. Когато оптимизирате свойствата на инструменталните материали, трябва да вземете предвид не само режещата способност на инструмента, но и да разгледате в комплекс редица критерии, които влияят производствен процес. Като основни свойства на инструменталните материали са посочени: нисък интензитет на износване, висок живот на инструмента при осигуряване на качество, устойчивост на износване (ниска вариация на живота на инструмента). Използването на детайли с минимални допуски и необходимостта от обработка на закалени материали поставят нови предизвикателства, свързани с осигуряването на необходимата точност на размерите и геометричната форма на продуктите, както и подобряване на качеството на тяхната повърхност. За да се извършват такива операции, инструменталните материали трябва да осигуряват висока якост на режещия ръб и опора, устойчивост на износване и ниска вариация в живота на инструмента. Ако един инструментален материал притежава тези свойства, тогава той може да се счита за идеален и универсален за приложение.

6 промени. Въпреки това, поради фундаменталното противоречие между твърдост и здравина, такъв материал не може да бъде създаден. В тази връзка основната посока на работа в инструменталната индустрия трябва да бъде насочена към създаването и оптимизирането на технологията за производство на такива материали, които най-добре да отговарят на конкретни задачи. модерно производство. Инструменталното производство е изправено пред отговорната задача да осигури целия машиностроителен комплекс с висококачествени, високопроизводителни и същевременно износоустойчиви инструменти. Качеството и ефективността на използването на металорежещ инструмент зависи от следните основни фактори: а) изборът на оптимални дизайни и геометрични параметри на неговата режеща част; б) правилен изборматериал на режещата част на инструмента; в) рационална технология на неговото производство и характеристики на технологията на довършителни (шлифоващи) операции; г) използването на различни методи за закаляване и покрития, които повишават производителността на режещата част на инструмента; д) назначаване на рационални режими на неговата работа; е) наблюдение на състоянието на режещата част на инструмента по време на неговата работа. Разработването на технологичните процеси за производство на металорежещи инструменти се основава на основни принципии модели на инженерните технологии. Наред с това в технологията на производство на металорежещи инструменти има специфични особеностисвързани с използването на скъпи и оскъдни инструментални материали. Режещите инструменти работят под въздействието на сложен набор от фактори, като високи контактни напрежения и температури, както и при условия на активни физични и химични процеси. Контактни напрежения, действащи върху предната и задната повърхност на инструмента по време на обработка различни материали, може да варира от 700 до 4000 MPa. В същото време в зоната на рязане и на контактните граници между инструмента и обработвания материал възникват температури, чиито стойности варират от 200 до 1400 С. В този случай контактните площадки на инструмента се износват интензивно при условия на абразивни, адхезивно-уморни, корозионно-окислителни и дифузионни процеси. При тези условия инструменталното ВЪВЕДЕНИЕ 5

7, материалът трябва едновременно да има достатъчен запас от якост при натиск и огъване, прилагане на ударни импулси и променливи напрежения. Изброените свойства на инструменталните материали често се изключват взаимно. Следователно създаването на инструментален материал с идеален набор от тези свойства в обема на хомогенно тяло в момента не е възможно. С натрупването на теоретични знания и практически опит в обработката на материали чрез рязане човечеството създаде нови инструментални материали, подобри тяхната термична и физико-химична обработка, което позволи постоянно да се увеличава производителността на производствения процес на машинни части. Историята на развитието на металообработката показва какво рязко увеличение на производителността на труда е постигнато по време на прехода от инструмента от въглеродни и легирани инструменти към бързорежеща стомана или от бързорежеща стомана към твърди сплави. Например, увеличаването на скоростта на рязане по време на прехода от инструмент, легиран към бързорежеща стомана и след това съответно към твърди сплави, се характеризира със съотношенията 1 (1,6 ... 1,8) (4,9 ... 5,6), докато скоростта на рязане за инструменти, изработени от инструментална легирана стомана, се приемат като единица. Следователно, в резултат на подмяната на материала на инструмента, производителността на труда се увеличава. Понастоящем при обработката на трудни за рязане материали широко се използват кобалтова и ванадиева високоскоростна стомана марки R9F5, R18F2, R9K5, R9K10, R10K5F5 и други. В чужбина са широко разработени бързорежещи стомани, легирани с молибден или както волфрам, така и молибден. Пълната или частична замяна на волфрам с молибден забележимо променя технологичните свойства на бързорежещата стомана (по-малко хетерогенност на карбида, добра смилаемост и пластичност, по-малка склонност към раздробяване на режещия ръб на инструмента). Отзад напоследъкредица лаборатории у нас и в чужбина извършват работа за подобряване на съществуващите материали и намиране на нови материали за производството на инструменти. Проведени са изследвания във всички основни групи съвременни инструментални материали (фиг. 1): 1) в областта на бързорежещите и други инструментални стомани; 2) в областта на синтерованите твърди сплави; 6 МОДЕРНИ ИНСТРУМЕНТАЛНИ МАТЕРИАЛИ

8 Фиг. 1 Разработване на инструментални материали Фиг. Фиг. 2 Съотношението на промените в скоростта на рязане и производителността на процеса при обработката на стомани и сплави 3 Класификация на съществуващите инструментални материали 3) в областта на дисперсионно втвърдяващите се сплави на базата на Cr и Co; 4) в областта на минералокерамиката; 5) в зоната над твърди материали(STM). Използването на нови инструментални материали позволи да се увеличи скоростта на обработка. Така например през последните сто години скоростта на рязане се е увеличила с около 10 пъти, докато времето за обработка е намаляло с 50 пъти (фиг. 2). ВЪВЕДЕНИЕ 7

9 Въпреки това, повечето известни днес инструменти имат само частичен набор от горните свойства, което прави областта на тяхното рационално приложение много ограничена. На фиг. 3 показва класификацията на съществуващите инструментални материали според тяхната якост и твърдост. Механични, физични и режещи свойства на инструменталните материали (средни стойности) твърдост, HRA Механични свойства якост на опън в N/mm2 огъване Якост на удар в Nm/cm2 Физични свойстваСтепен на компресиране на материали Термична проводимост в m Дрех плътност в kg/m .0 1.0 волфрамови твърди сплави VK8 VK6 87.5 88.88 5.88 58.6 14.9 3.4 Titanium-tungsten Hard Alloys T5K5 T14K8 T15K6 T30K4 88.5 89.94 2.45 33.5 29. 5.5 TsM Mineralokeramika,784 16.7 3.8 5.8 n/a n/a n/a 3.5 3, Синтетичен диамант AC n/a n/a 3, МОДЕРНИ ИНСТРУМЕНТАЛНИ МАТЕРИАЛИ

10 Основните свойства на битовите инструментални материали са дадени в табл. 1. В инструменталното производство се използват следните основни материали: 1. Инструментални стомани: а) бързорежещи (GOST); б) легирани (GOST); в) въглеродни (GOST); г) сплави за утаяване. 2. Твърди синтеровани сплави (GOST). 3. Минерална керамика (керети). 4. Диаманти (естествени и изкуствени). 5. Композити от свръхтвърди синтетични материали (STM). Изборът на материал се влияе от вида на инструмента, неговото предназначение, размери и условия на работа, както и технологията на производство на инструмента. ВЪВЕДЕНИЕ 9

11 ГЛАВА 1 ИНСТРУМЕНТАЛНИ СТОМАНИ Инструменталните стомани са предмет на следните основни характеристики: 1. Способност за рязане. 2. Устойчивост на червено (топлоустойчивост) Устойчивост на студено износване. 4. Механични свойства. 5. Студена и гореща обработка. Стоманите, от които се произвеждат режещите инструменти, трябва да имат: 1) висока якост, тъй като инструментите изпитват големи сили по време на процеса на рязане; 2) висока твърдост, тъй като процесът на рязане може да се извърши само ако твърдостта на материала на инструмента е много по-голяма от твърдостта на обработвания материал; 3) висока устойчивост на износване, тъй като животът на инструмента зависи от степента на абразия на режещите ръбове; 4) висока устойчивост на топлина, тъй като по време на процеса на рязане, голям бройтоплина, част от която отива за нагряване на режещите повърхности на инструмента, а последните, когато се нагряват, губят първоначалната си твърдост и бързо се провалят. В допълнение, цикличният ефект на температурите по време на периодична устойчивост на топлина се характеризира с тази най-висока температура, при нагряване до която и за достатъчно дълго излагане материалът не губи необратимо своята твърдост, т.е. възстановява първоначалната си стойност след охлаждане. 10 СЪВРЕМЕННИ ИНСТРУМЕНТАЛНИ МАТЕРИАЛА

12 рязане води до образуване на пукнатини от умора в режещия клин на инструмента и в крайна сметка до неговото разрушаване (отчупване). Инструменталните материали не са еднакво устойчиви на топлина: някои губят режещите си свойства при нагряване до температура от C, докато други могат да режат при температури до 1000 C или повече. Стоманите за измервателни инструменти трябва да имат висока устойчивост на износване, необходима за поддържане на размера и формата на инструментите по време на работа, както и добра обработваемост за получаване на високо качество на повърхността. Необходимата устойчивост на износване се осигурява чрез закаляване и темпериране на стомани от определени класове, след което те придобиват висока твърдост и запазват мартензитната структура. При производството на матрици за студена деформация към стоманите се предявяват две основни изисквания: 1. Висока якост. 2. Висока устойчивост на износване. В сравнение с режещите инструменти, твърдостта на частите на матрицата, в зависимост от условията на работа, се избира в по-широк диапазон (HRC). Стоманите, от които се изработва щампата за гореща деформация, трябва да имат: 1) висока якост, необходима за поддържане на формата на щампата при високи специфични налягания и деформация; 2) определена устойчивост на топлина за поддържане на повишени якостни свойства при нагряване; 3) вискозитет за предотвратяване на счупване и начупване и получаване на висока устойчивост на топлина; 4) устойчивост на топлина за предотвратяване на пукнатини, които се появяват при многократно редуване на нагряване и охлаждане; 5) устойчивост на износване; 6) устойчивост на котлен камък (ако повърхностният слой на частите на матрицата се нагрее над температура от 600 C); 7) топлопроводимост за по-добро отстраняване на топлината, пренесена от детайла; 8) трябва да се постигне закаляване по цялото сечение, тъй като много части на матрицата са големи и имат високи якостни свойства. ГЛАВА 1. ИНСТРУМЕНТАЛНИ СТОМАНИ 11

13 1.1. ВЪГЛЕРОДНИ СТОМАНИ В началото на машиностроенето режещите инструменти се произвеждат от прости въглеродни инструментални стомани със съдържание на въглерод от 0,65 до 1,35%. За да може въглеродната инструментална стомана да придобие режещи свойства, тя се охлажда при температура C (температурата на втвърдяване е специално зададена за всеки клас стомана) и се темперира при температура C. Последната се използва за премахване на крехкостта. В закалено състояние въглеродните инструментални стомани имат мартензитна структура (хипоевтектоидна и евтектоидна стомана) и мартензит с излишни карбиди (хиперевтектоидна стомана) с малко количество задържан аустенит. Характерът на разпределението на карбидите значително влияе върху свойствата на стоманата: инструментът е толкова по-добър, колкото по-равномерно са разпределени карбидите в структурата или, както се казва, толкова по-ниска е карбидната хетерогенност на стоманата. Значително локално натрупване на карбиди в стоманената конструкция прави невъзможно производството на висококачествени инструменти от нея, тъй като в този случай режещата повърхност се оказва неравна и с ниска якост поради повишена крехкост. Карбидната нехомогенност може да бъде елиминирана или намалена чрез изковаване на инструменталната стомана, преди да бъде направена в режещ инструмент. След топлинна обработка въглеродните инструментални стомани имат достатъчна твърдост (HRC), но тяхната устойчивост на топлина е ниска: те необратимо губят твърдостта си дори при относително ниски температури (C). В допълнение към ниската топлоустойчивост, значителен недостатък на въглеродните инструментални стомани е тяхната ниска и неравномерна закаляемост, повишена чувствителност към прегряване и относително голямо обезвъглеродяване на повърхността. Въглеродните стомани се разделят на висококачествени и висококачествени. Всяка от тези групи има осем класа стомана. Химическият състав на инструменталните въглеродни стомани е даден в табл. 2. Качествена въглеродна стомана U7, U8, U8G, U9, U10, U11, U12, U13. Въглеродна висококачествена стомана U7A, U8A, U8GA, U9A, U10A, U11A, U12A, U13A. 12 СЪВРЕМЕННИ ИНСТРУМЕНТАЛНИ МАТЕРИАЛИ

14 Химичен състав на въглеродни стомани за режещи инструменти съгласно GOST (%) Клас на стомана Въглерод Манган Силиций Хром Въглерод висококачествена стомана U7A 0,65 0,74 0,15 0,30 0,15 0,30 0,15 U8A 0,75 0, 84 0,15 0,30 0,15 0,30 0,15 U8GA0.30 0.15 U8GA0.30 5.0.10 0.30 0.15 U9A 0.85 0.94 0.15 0, 30 0.15 0.30 0.15 Y10A 0.95 1.04 0.15 0.30 0.15 0.30 0.15 Y11A 1.05 1.14 0.15 0.30 0.15 0, 30 0.15 U12A 1.15 1.24 0.15 0.30 0.15 0.30 0.15 U13A 1.25 1.35 0.15 0.30 0.15 0.30 0.15 Quality carbon steel U7 0.65 0.74 0.20 0.40 0.15 0.35 0.20 U8 0.75 0.84 0.20 0.40 0.15 0.35 0.20 U8G 0.80 0 .90 0.35 0.60 0.15 0.35 0.20 U9 0.85 0.94 0.15 0.35 0.15 0.35 0.20 U10 0.95 1.04 0.15 0 .35 0.15 0.35 0.20 U11 1.05 1.14 0.15 0.35 0.15 0.35 0,20 U12 1,15 1,24 0,15 0,35 0,15 0,35 0,20 U13 1,25 1,35 0,15 0,35 0,15 0,35 0,20 части от процента). Освен това стоманите съдържат манган от 0,15 до 0,6%, силиций от 0,15 до 0,35%, хром от 0,15 до 0,20%. Буквата G е стомана с високо съдържание на манган. Висококачествените стомани са по-чисти от висококачествените, т.е. с по-ниско съдържание на сяра, фосфор и други примеси, както и неметални включвания. Увеличаването на съдържанието на въглерод в стоманата увеличава нейната твърдост, но в същото време увеличава нейната крехкост. Въглеродните стомани имат висока твърдост след топлинна обработка и ниска твърдост в отгрято състояние, което осигурява добрата им обработваемост чрез рязане и натиск (виж таблица 3). ГЛАВА 1. ИНСТРУМЕНТАЛНИ СТОМАНИ 13

15 Клас стомана Таблица 3 Стандарти за твърдост на въглеродна инструментална стомана твърдост HB (не повече) След отгряване диаметърът на вдлъбнатината при Dmax = 10 mm и P = 3000 kgf U8 и U8A 187 4, U8G и U8GA 187 4, U9 и U9A 192 4 , U10 и U10A 197 4, U11 и U11A 207 4, U12 и U12A 207 4, U13 и U13A 217 4, Стоманени марки U7, U7A, U8, U8GA, U9, U9A се използват за производството на длета, ножици и триони за рязане на метали и дърво, фрези за обработка на мед и нейните сплави. Класове стомана U8A и U10A се използват за производството на щанци, матрици, ножици и други части за матрици. От стоманени марки U10A, U11, U11A, U12 и U12A се произвеждат свредла с малък диаметър, метчици, райбери, матрици, фрези с малък диаметър, триони за метал, ножовки, длета за назъбващи пили. Стомани U13 и U13A се използват за направата на инструменти с особено висока твърдост: ножове, длета за назъбващи файлове, скрепери, файлове и др. Въглеродните стомани се доставят в отгрято състояние под формата на горещо валцувани, ковани или калибрирани пръти с различни сечения или под формата на ленти, свойствата на инструменталните стомани (а заедно с това и другите им качества, включително: топлоустойчивост, твърдост и якост) се увеличават, когато към техния състав се добавят един или повече от следните елементи: хром, манган, волфрам, силиций и ванадий. Хромът осигурява по-малка карбидна хетерогенност, по-добра закаляемост и дълбока закаляемост на стоманата; 14 СЪВРЕМЕННИ ИНСТРУМЕНТАЛНИ МАТЕРИАЛИ

16 волфрамът също допринася за по-равномерно разпределение на карбидите, макар и в по-малка степен от хрома, и подобрява закаляването и закаляването на стоманата; положителният ефект на мангана е, че значително понижава температурата на втвърдяване и увеличава втвърдяването; силицийът е легиращ елемент, който забавя втория етап на мартензитно разпадане и повишава устойчивостта на топлина на стоманата; ванадий образува най-твърдите и най-устойчиви на износване карбиди, а също така допринася за получаване на финозърнеста структура. Инструменталните стомани при наличие на един или повече от изброените елементи в състава им се наричат ​​легирани инструментални стомани. Последните се използват за производството на режещи инструменти с голямо напречно сечение, както и по-сложни по форма; по-специално от тях се произвеждат свредла, райбери, фрези, протяжки, метчици и кръгли матрици, предназначени за обработка на нетвърди материали (цветни метали, стомани с ниска якост и чугун). Химичният състав на най-често срещаните легирани инструментални стомани е даден в табл. 4(c). При производството на режещи инструменти от легирани инструментални стомани те се подлагат на стъпаловидно закаляване при температура от С (в зависимост от марката стомана) и темпериране при температури от С. Още през 60-те години на миналия век. на миналия век беше установено, че максималното количество волфрам и манган, което може да се въведе в инструментална стомана, ако се закали при температура от С, съответно е: 5 ... 8% и 1,5 2,5%. Добавени в такова количество, тези метали придават на стоманата значителна топлоустойчивост при нагряване до С и способността да се втвърдява при охлаждане не в специални охлаждащи среди, а във въздух. Във връзка с това последно свойство такава стомана се нарича самовтвърдяваща се. В зависимост от предназначението и свойствата легираните инструментални стомани се делят на две групи: 1. Стомани за производство на режещи и измервателни инструменти. 2. Стоманен инструмент за щамповане. Стоманите от 1-ва група се разделят на стомани: плитка закаляемост (7ХФ, 11Х, ХВ5, В1, Ф); дълбока закаляемост (Х, 9ХС, ХВГ, 9ХВГ, 9Х5ВФ). ГЛАВА 1. ИНСТРУМЕНТАЛНИ СТОМАНИ 15

17 Chemical composition of tool steel Grade Carbon Manganese Silicon I. Steel for cutting a) shallow 7HF 0.63 0.73 0.30 0.60 0.15 0.35 8HF 0.70 0.80 0.15 0.40 0 ,15 0.35 9HF 0.80 0.90 0.30 0.60 0.15 0.35 11X 1.05 1.14 0.40 0.70 0.15 0.35 13X 1.25 1.40 0.30 0.60 0.15 0.35 XB5 1.25 1.45 0.15 0.40 0.15 0.35 V1 1.05 1.20 0.15 0.40 0.20 0.35 F 0.95 1.05 0.15 0.40 0.15 0.35 b) deep Х 0.95 1.10 0.15 0.40 0.15 0.35 9ХС 0.85 0.95 0, 30 0.60 1.20 1.60 CVH 0.90 1.05 0.80 1.10 0.15 0.35 9CVG 0.85 0.95 0.90 1.20 0.15 0.35 CVSH 0 .95 1.05 0.60 0.90 0.65 1.00 9Kh5F 0.85 1.00 0.15 0.40 0.15 0.40 9Kh5VF 0.85 1.00 0.15 0.40 0 .15 0.40 8Kh4V4F1 (RF) 0.75 0.85 0.15 0.40 0.15 0.40 II. Steel for a) for deformation 9X 0.80 0.95 0.15 0.40 0.25 0.45 X6VF 1.05 1.15 0.15 0.40 0.15 0.35 X12 2.00 2, 20 0.15 0.40 0.15 0.35 X12M 1.45 1.65 0.15 0.40 0.15 0.35 X12F1 1.20 1.45 0.15 0.40 0.15 0, 35 b) for deformation 0.15 0.40 0.15 0.35 8X3 0.75 0.85 0.15 0.40 0.15 0.35 5XHM 0.50 0.60 0.50 0.80 0.15 0.35 16 МОДЕРНИ ИНСТРУМЕНТАЛНИ МАТЕРИАЛИ

18 Alloy Steel (%) Table 4 Chromium Tungsten Vanadium Molybdenum Nickel and Measuring Tool Hardenability 0.40 0.70 0.15 0.30 0.40 0.70 0.15 0.30 0.40 0.70 0.15 0.30 0.40 0.70 0.40 0.70 0.40 0.70 4.0 5.0 0.15 0.30 0.40 0.70 0.80 1.20 0.15 0, 30 0.20 0.35 0.20 0.40 Втвърдителност 1.30 1.65 0.95 1,25 0,90 0,80 1,20 1,60 0,50 0,80 0,50 0,80 0,60 1,10 0,70 1,00 0,05 0,15 4,50 5,50 0,15 0,30 4,50 5,50 0,80 1,20 0,30 0,30 4, 00 5,00 4,00 0,00 0,90 0,40 1,40 1,40 1,70 5,50 7,00 1.50 0,50 0,40 0,70 11.50 13, 00 11,00 12,50 0,15 0,30 0,4 0,6 11,00 12,50 0,70 0,90 гореща 2.20 2,70 7,50 9,00 0,20 0 .50 7,00 9,00 2.00 3.00 3.20 3.80 3.20 3.80 0.50 0.80 0.15 0.30 1.40 1.80 Глава 1. Стилища на инструмента 17

19 Steel grade Carbon Manganese Silicon 5HNV 0.50 0.60 0.50 0.80 0.15 0.35 5HNSV 0.50 0.60 0.30 0.60 0.60 0.90 5HGM 0.50 0, 60 1.20 1.60 0.25 0.65 4Kh5VChFSM 0.35 0.45 0.15 0.40 0.60 1.00 4Kh3V2F2M2 0.35 0.45 0.30 0.50 0.15 0, 35 4Kh2V5FM 0.30 0.40 0.15 0.40 0.15 0.35 4Kh5V2FS 0.35 0.45 0.15 0.40 0.80 1.20 c) for shock 4KhS 0.35 0.45 0.15 0.40 1.20 1.60 6ХС 0.60 0.70 0.15 0.40 0.60 1.00 4ХВ2С 0.35 0.44 0.15 0.40 0.60 0.90 5ХВ2С 0.45 0.54 0.15 0.40 0.50 0.80 6ХВ2С 0.55 0.65 0.15 0.40 0.50 0.80 6ХВГ 0.55 0,70 0,90 1, 20 0,15 0,35 Стоманите от 2-ра група са разделени на стомани: за студена деформация (9Kh, Kh6VF, Kh12, Kh12M, Kh12M1); за горещо формоване (3Kh2V8F, 7Kh3, 5KhNM, 5KhNSV, 5KhGM); за ударни инструменти (4ХС, 4ХВ2С, 6ХВ2С, 6ХВГ). В обозначенията на марките стомана първите цифри показват средното съдържание на въглерод в десети от процента. Те може да не бъдат посочени, ако въглеродното съдържание е близко до единица или по-голямо от единица. Буквите зад цифрите показват: G манган; Със силиций; X хром; във волфрам; F ванадий; Н никел; М молибден. Числата след буквите показват средното съдържание на съответния елемент в цели проценти. Липсата на цифри означава, че съдържанието на този легиращ елемент е приблизително 1%. Съдържанието на сяра и фосфор в стоманата не трябва да надвишава 0,030% (от всеки елемент). Легираните стомани, в сравнение с въглеродните стомани, имат повишена якост в закалено състояние, по-ниска склонност към деформация и пукнатини по време на втвърдяване. Режещите свойства на легираните стомани са приблизително същите като тези на въглеродните стомани.

20 Продължение на табл. 4 хром волфрам ванадий молибден никел 0,50 0,80 0,40 0,70 1,40 1,80 1,30 1,60 0,40 0,70 0,80 1,20 0,60 0,90 0, 15 0,30 4,00 5,00 3.50 4.20 0,30 0,40 0,60 3.00 3.70 2.00 2.50 1.50 2.00 2. 4,50 5,50 1,60 2,40 0,60 1,00 инструмент 1,30 1, 60 1,00 1,30 1,00 1,30 2,00 2,50 1,00 1,30 2,00 2,50 1,00 1,30 2,20 2,70 0,50 0,80 инструмент 0,80 дистанц. Имат ниска топлоустойчивост (С). Легираните инструментални стомани намират широко приложение в производството на инструменти и технологично оборудване (устройства). От легирани стомани се произвеждат циркулярни и лентови триони, ножове за студено рязане на метали, поансони, сърцевини, фрези и фрези за обработка на твърди материали при ниски скорости на рязане, спирални свредла, метчици, матрици, райбери, гребени, протяжки. Твърдостта на легираната стомана в състояние на доставка (след отгряване) и твърдостта след закаляване трябва да отговарят на стандартите, посочени в табл. 5. Циркуляри, ножове за студено рязане на метали, длета, щанци, сърцевини и други инструменти, които работят с ударни натоварвания, се произвеждат от стомани марки 7HF, 8HF и 9HF. От стомани марки ХВ5, 9ХС, ХВГ, В1 и ХВСГ се изработват фрези и фрези за обработка на твърди материали при ниска скорост на рязане, спирални свредла, метчици, райбери, матрици, гребени, протяжки. Особено широко разпространени бяха класовете стомана KhVG и 9XC. Стоманата CVG е закалена и се деформира малко, но в същото време е чувствителна към образуване ГЛАВА 1. ИНСТРУМЕНТАЛНИ СТОМАНИ 19

21 Клас на стомана Таблица 5 Стандарти за твърдост на легирана инструментална стомана Стомана след отгряване Твърдост HB диаметър на вдлъбнатината при Dball = 10 mm и Р = 3000 kgf 7ХФ Не повече от 229 Не по-малко от 4,0 8ХФ Не повече от 255 Не по-малко от 3,8 по-малко от 3,8 Стомана температура след втвърдяване (C) и среда за втвърдяване, масло, вода, масло, вода, масло, твърдост на водата HRC (не по-малко от) 11X.1 4, масло 62 13X.9 4, вода 62 XB.6 4, вода 62 V .0 4, вода 62 F.1 4, вода 62 X.0 4, масло 62 9XC.9 4, масло 62 HVG.8 4, масло 62 9HVG.9 4, масло 62 HVSG.9 4, масло 62 9Kh5F, 9 4, масло 59 9Kh5VF,9 4, масло 59 8Kh4V4F1(RF), 8 4.2 1150, масло 60 9Kh.1 4, масло 62 Kh6VF,9 4.3 1000, масло 61 Kh12, Kh12M, 8 4, масло 58 Х12Ф,8 4, масло 58 3Х2В8Ф,8 4, масло 46 4Х8В,8 4, масло 45 7Х.0 4, масло 54 8Х.8 4, масло 55 5ХНМ,9 4, масло 47 5ХНВ,8 4, масло 56 5ХНСВ,8 4 , масло 56 5KhGM,9 4, масло СЪВРЕМЕННИ ИНСТРУМЕНТАЛНИ МАТЕРИАЛИ

22 Стомана клас Стомана след отгряване Твърдост HB диаметър на вдлъбнатината при Dball = 10 mm и P = 3000 kgf 4Kh5V2FS,0 4.5 Продължение на табл. 5 Температура на стомана след закаляване (C) и среда за закаляване, твърдост на масло или въздух HRC (не по-малко от) 4Kh5V4FSM Не повече от 255 Не по-малко от 3, масло 50 4Kh2V5FM,0 4, масло 50 4Kh3V2F2M,7 4, масло 50 4KhS, 2 4, масло 47 6ХС,0 4, масло 56 5ХВ2С,8 4, масло 55 6ХВГ,1 4, масло 57 4ХВ2С,1 4, масло 53 6ХВ2С,6 4, масло от карбидна мрежа. Поради тази причина често се появяват пукнатини и отчупвания на режещия ръб на инструмента. Тази стомана изисква строг структурен контрол в състоянието на доставка на всяка партида заготовки и след закаляване на всяка партида инструменти. В допълнение, инструментите от CVG стомана, работещи с повишени специфични налягания (свредла, протяжки, ножове), бързо губят формата на работния ръб (тъп). Стоманата CVG не може да осигури висока устойчивост на инструменти със сложна форма. Стомана 9XC, заедно с добра закаляемост, се характеризира с висока устойчивост на нагряване. Запазва висока твърдост и устойчивост на износване при нагряване до 250 С. Поради равномерното разпределение на карбидите стоманата 9XC се използва при производството на инструменти с тънък режещ ръб. Въпреки това стоманата 9XC е трудна за обработка поради високата й твърдост на темперамент (HB). В допълнение, той има повишена чувствителност към обезвъглеродяване, включително при нагряване в солена стопилка, което изисква внимателно дезоксидиране на стопилката. Крайни режещи инструменти, резбовани габарити, шаблони със сложна форма, сложни и прецизни матрици за студена деформация са изработени от стомана клас 9KhVG, която

23 топлинната обработка не трябва да бъде обект на значителни обемни промени (изкривяване). Инструменти за валцоване на резби, ръчни ножовки, матрици, щанци и други инструменти, предназначени за студена деформация, са изработени от стомана клас X6VF. Класовете стомана Kh12M и Kh12F1 са по-малко деформирани по време на топлинна обработка в сравнение с другите инструментални стомани. Използват се за изработване на матрици със сложна форма и висока устойчивост на износване, еталонни зъбни колела, валцоващи матрици, матрици за изтегляне. От стоманени класове 3Kh2V8F и 4Kh8V2 се изработват шприцформи за производство на пластмасови части, форми за шприцоване на части от алуминиеви сплави. От стоманени класове 7X3 и 8X3 се изработват матрици за гореща глава на болтове на преси и хоризонтални ковашки машини със сменяеми работни вложки, формовъчни и пробиващи щанци за горещо огъване и подрязване. От стоманени марки 5HNM, 5HNV, 5HNSV и 5HGM се произвеждат чукови матрици със средни и големи размери. От стоманени марки 4Kh5V2FS, 4Kh5V4FSM, 4Kh2V5FM и 4Kh3V2F2M2 се произвеждат инструменти за гореща деформация на неръждаеми, топлоустойчиви и други трудни за формоване сплави, както и форми за леене под налягане. Пневматични длета, гофрове, ножици за горещо и студено рязане на метали, щанцови детайли за студена деформация са изработени от стомани марки 4XC, 6XC, 4XV2C. От стоманени класове 5XV2S и 6XV2S се произвеждат матрици за валцоване на резби и форми за леене под налягане. Щанци със сложна форма са изработени от стомана от клас 5KhVG за студено пробиване на предимно оформени отвори в листов материал, малки матрици за горещо щамповане, главно когато е необходима минимална промяна на размера по време на топлинна обработка. От стомана марки 9X5F, 9X5VF, 8X4V4F1 и 9X се произвеждат всички видове режещи инструменти за дървообработване. Изборът на многокомпонентни стомани с високо съдържание на легиращи елементи за дървообработващи инструменти се дължи на стресовите условия на тяхната работа. Прилага се в модерно оборудваневисоките скорости на рязане (m/s) и подаванията (до 100 m/min) интензивно износват инструмента. Износването се увеличава особено в резултат на силните 22 МОДЕРНИ ИНСТРУМЕНТАЛНИ МАТЕРИАЛИ

24 нагряване на инструмента (над 400) при триене в дърво. В някои случаи това води до необратими структурни промени в повърхностните слоеве на острието. Изборът на инструментален материал с много висока устойчивост на износване, якост, здравина и топлоустойчивост също се диктува от широкото използване на дървесни стърготини, влакнести и лепилни заготовки в момента. При обработката им се получава абразивно действие, повишени огъващи и ударни натоварвания. Значително намаляване на силата на режещия ръб и малки ъгли на конус. Легирането на инструментална стомана с няколко елемента се превърна в едно от основните направления за подобряване на нейните свойства, тъй като комплексът от необходими свойства не може да бъде осигурен само с един легиращ елемент, дори и в повишено количество (6 ... 12%). В състава на стоманата се въвеждат елементи, които ефективно повишават закаляването и закаляването (Cr, Mn, Si), елементи, които предотвратяват растежа на зърната по време на нагряване и осигуряват високи механични свойства (V, W, Mo). MSTU "STANKIN" създаде сложна легирана инструментална стомана 7KhG2VM. Според данните от изпитването, якостта на стоманата 7KhG2VM е с 50% по-висока, а чувствителността към нагряване е два пъти по-малка от тази на стоманите с високо съдържание на хром с % Cr (Kh6VF и Kh12M). Ударната якост на новата стомана е два до три пъти по-висока от тази на стоманата Kh6VF и пет до шест пъти по-висока от тази на стоманите Kh12M и Kh12F1; устойчивостта му на износване е по-ниска от тази на стоманите с високо съдържание на хром. Топлоустойчивостта на стомана 7KhG2VM, при която твърдостта е не по-малка от HRC57, е 250 C. Чувствителността към прегряване е незначителна. Благодарение на охлаждането във въздуха, новата стомана има по-малки обемни промени от стоманите с високо съдържание на хром. Стомана 7KhG2VM е преминала промишлени тестове в редица предприятия. От него са направени щанци със сложна форма, матрици за щанцоване и други инструменти. Деформацията по време на втвърдяване не надвишава 0,05% (по-малко от стомана Kh12M), а устойчивостта е с 25% по-висока. За стомана 7KhG2VM се препоръчват следните режими на термична обработка: изотермично отгряване (нагряване до С, задържане при тази температура в продължение на часове, охлаждане със скорост от 30 ° / h до С, задържане при тази температура поне ГЛАВА 1. ИНСТРУМЕНТАЛНИ СТОМАНИ 23

25 5 h, охлаждане със скорост до 30 deg/h до 600 C и допълнително охлаждане с пещ; твърдост HB, структура гранулиран перлит); закаляване при С (по-ниската температура позволява частите да се нагряват в конвенционални пещи и вани, използвани за закаляване на въглеродни стомани) и темпериране при С за получаване на твърдост HRC хром, ванадий, молибден, които образуват стабилни карбиди след топлинна обработка. В допълнение към карбидообразуващите елементи, кобалтът също е включен в някои класове бързорежещи стомани. Бързорежещите стомани са намерили много широко приложение за производството на голямо разнообразие от инструменти. Това се дължи на тяхната висока, в сравнение с други инструментални стомани, топлоустойчивост () и висока твърдост след термична обработка (HR C), в някои нови класове HRC бързорежещите стомани имат най-високата якост на огъване от всички инструментални материали (ó и = MPa ) и най-висока якост на удар. Благодарение на това те успешно се конкурират с твърдите сплави и дори ги превъзхождат при условия на рязане със силни динамични натоварвания и големи срязващи сечения.СПЛАВАНЕ И СВОЙСТВА НА БОРЗОРОЗНИТЕ СТОМАНИ) и карбидообразуващи елементи: волфрам (W), ванадий (V), молибден (Mo), хром (Cr). Някои стомани са легирани с достатъчно голямо количество кобалт (Co). По-долу разглеждаме естеството на влиянието на легиращите елементи върху свойствата на бързорежещите стомани. Увеличаването на съдържанието на въглерод подобрява закаляването на стоманата, т.е. осигурява по-висока твърдост след топлинна обработка, но донякъде намалява пластичността. Доскоро оптималното съдържание на въглерод във високоскоростни стомани с 18% волфрам се считаше за 0,7 ... 0,8%. Последните проучвания установиха, че съдържанието на въглерод може да бъде 24 СЪВРЕМЕННИ ИНСТРУМЕНТАЛНИ МАТЕРИАЛИ

26 се увеличават до 1,3...1,4%, без да се променя съдържанието на други легиращи елементи. В този случай твърдостта на стоманата се увеличава от HRC до.5 HRC (в някои случаи до 68 HRC), а нейната топлоустойчивост от C до 630 C. При такива стомани няма забележимо влошаване на якостта, якостта, гореща пластичност и заваряемост. Смилаемостта се влошава леко. Това осигурява увеличаване на издръжливостта на инструмента по време на обработка, главно на заготовки от прости конструкционни стомани, при ниски скорости на рязане с около %. Увеличаването на съдържанието на ванадий допринася за увеличаване на топлоустойчивостта и твърдостта, получаване на финозърнеста структура, но намалява смилаемостта на стоманата. Съдържанието на ванадий трябва да съответства на съдържанието на въглерод, необходим за образуването на ванадиев карбид. Експериментално е установено, че количественото съотношение между ванадий и въглерод трябва да бъде в границите 2...2,7. В съвременните бързорежещи стомани с % W и повишено съдържание на въглерод оптималното съдържание на ванадий е около 3%. Стомана R12F3 от всички ванадиеви стомани има оптимална комбинация от свойства. С висока HRC твърдост, той има повишена якост и издръжливост, добри свойства за обработка и висока устойчивост на износване. Инструментите, изработени от стомана R12F3, при обработка на материали с повишена абразивна способност при ниски скорости на рязане, имат живот на инструмента, по-дълъг от инструментите, изработени от стомани R18 и R12. Волфрамът повишава твърдостта и топлоустойчивостта на стоманите, но влошава технологичните свойства на ковкостта и обработваемостта. В момента се произвеждат стомани, съдържащи 18, 12, 9, 8, 6, 2 ... 0% волфрам. В последния случай волфрамът е частично или напълно заменен от молибден. Стоманите с 18% волфрам са незаменими при обработката на топлоустойчиви материали, когато в зоната на рязане се появи висока температура. Тези стомани са нечувствителни към прегряване по време на топлинна обработка, поради което диапазонът на температурите на втвърдяване за тях е доста широк (10 ° C). Термичната обработка на такива стомани е добре усвоена. През последните години обаче все повече се използват стомани, легирани с молибден. Това се дължи както на недостига на волфрам, така и на редица ценни качества на молибденовите стомани. Молибденът повишава якостта и якостта на стоманите, подобрява пластичността и намалява нехомогенността на карбида. ГЛАВА 1. ИНСТРУМЕНТАЛНИ СТОМАНИ 25

27 Недостатъкът на молибденовите стомани е тяхната склонност към обезвъглеродяване на повърхностния слой и прегряване по време на закаляване. В резултат на това обхватът на температурите на закаляване за тези стомани е по-тесен, отколкото за волфрамовите стомани и е 5 C. Тези стомани са по-капризни по време на топлинна обработка от волфрамовите стомани. У нас и в чужбина са разработени редица волфрамови стомани (0...8% W). Пример за това е местната стомана R6M5, стоманени групи AT T и M4O (САЩ). Тези стомани се характеризират с висока твърдост и топлоустойчивост при високо нивомеханични свойства и добра шлайфаемост. Експериментално е установено оптималното съдържание на волфрам и молибден във бързорежещите стомани: W + 2Mo = %. Конвенционалните бързорежещи стомани съдържат около 4% хром. Хромът, подобно на волфрам, молибден и ванадий, е карбидообразуващ елемент. Въпреки това, той няма толкова силен ефект върху свойствата на бързорежещите стомани, както горните елементи. Понастоящем е установено, че намаляването на съдържанието на хром до 2% до известна степен повишава якостта на удар и насърчава усъвършенстването на зърното, но намалява твърдостта с 1,0...1,5 HRC и намалява якостта. В резултат на това свойствата на рязане остават непроменени. Легирането с кобалт в количество% осигурява значително повишаване на топлоустойчивостта на стоманите до С и дава възможност за получаване на твърдост до 70 HRC. Легираните с кобалт стомани са стомани с повишена и висока производителност, тъй като осигуряват % увеличение на скоростта на рязане в сравнение със стоманите с нормална производителност (P18, P12), особено при рязане на трудни за рязане материали. През първата половина на двадесети век беше установено, че ако температурата на втвърдяване на волфрамовите стомани се повиши и доведе до приблизително 1300 C, количеството на волфрам в стоманата може да се увеличи до %, количеството на хром до 4 . .. 5% и ванадий до 1 ... 1,5%. Такава силно легирана стомана, която има устойчивост на топлина при нагряване до температури от около 600, направи възможно увеличаването на скоростите на рязане с фактор пъти в сравнение с допустимия инструмент, изработен от въглеродна инструментална стомана. В тази връзка се нарича високоскоростно рязане. Първа марка 26 МОДЕРНИ ИНСТРУМЕНТАЛНИ МАТЕРИАЛИ

28 високоскоростна стомана по свой начин химичен съставсъответства на класа R18 съгласно GOST. Напоследък в много страни по света се провеждат изследвания и разработки на нови видове бързорежещи стомани с голяма интензивност. В резултат на това се появиха легирани с кобалт стомани, които имат по-висока устойчивост на топлина от стомана P18; стана възможно частично да се замени волфрамът с молибден (при съотношение 1% Mo вместо 4% W) или ванадий (при съотношение 1% V вместо 8% W), като същевременно се поддържа устойчивост на топлина на същото ниво. Установено е, че повишеното легиране на стоманата с ванадий (до 4...5%) допринася за повишаване на нейната износоустойчивост. Термичната обработка на бързорежеща стомана включва закаляване след нагряване до температури от порядъка на С (в зависимост от марката стомана и размерите на инструмента) и последващо многократно (три или четири) темпериране при С. След такава термична обработка твърдостта на инструменти е HRC, а за стомани с добавка на кобалт или ванадий до HRC Структурата на закалената и многократно темперирана бързорежеща стомана се състои от игловиден мартензит и излишни карбиди. За по-нататъшно повишаване на твърдостта и устойчивостта на износване на повърхностните слоеве на инструменти, изработени от бързорежещи стомани с нормална производителност, понастоящем се използват допълнително някои специални методи за химико-термична обработка (цианидиране, хромиране, повърхностно насищане с въглерод, сулфидиране, фосфатиране, закаляване в парна атмосфера при температура С, както и електрозакаляване с твърди сплави и тапицерия с топки). Проучванията също така са установили, че малки добавки от титан (Ti), бор (B) и азот (N) само леко повишават износоустойчивостта на стоманите. Алуминият (Al) практически не влияе върху свойствата на стоманите. Наскоро се появиха стомани с добавка на силиций (R8M3K6S) и ниобий (R3M3FB2). чужди държави(САЩ, Германия, Франция, Англия, Швеция, Япония и др.) се произвеждат голям брой различни бързорежещи стомани. Химическият състав на стоманите, произведени в нашата страна ГЛАВА 1. ИНСТРУМЕНТАЛНИ СТОМАНИ 27

29 съгласно GOST, GOST и според някои спецификации е представен в табл. 6. В него стоманите с нормална топлоустойчивост са стомани с топлоустойчивост до 620 С, а стоманите с повишена топлоустойчивост са стомани с топлоустойчивост С. Таблица 6 Химичен състав на бързорежещи стомани Съдържание на легиращи елементи,% Степен на стомана C W Mo Cr V Co Стомани с нормална топлоустойчивост 1. Волфрам P18 0.7 0.5 1 3.8 4.4 1 1.4 Р12 0.8 0, до 1 3.2 3.7 1.5 1.9 Р9 0.85 0.95 8.5 10 до 1 3.8 4.4 1.3 1.7 R9F (EP340.8.7) 0.7 8.5 10 до 1 4 4.6 1.3 1.7 2. Волфрам-молибден R6m3 0.85 0.95 5.5 6.5 3 3.6 3 3.6 2 2.5 R6m5 0.8 0.9 5.5 6.5 4.5 5.5 3.8 4.4 1.8 2.2m1 (EP344) 0.8 0.9 8.6 3.5 4.1 1.8 2.2 Steels с увеличена топлина съпротивление 8 2.4 R14F4 1.2 1.5 до 1 4 4.6 3.4 4.1 R12F3 (EP597) 0.94 1.5 0.5 1 3.5 4 2.5 3 R9F5 1.4 1 .5 9 10.5 до 1 3.8 4.4 4.3 5.1 B. Кобалтови стомани sten-cobalt 5.1 K Tung 0. 1 3.8 4.4 1.8 2.4 5 6 R15F2K5 (EP599) 0.75 0.85 12.5 14 0.5 1 3.5 4 1.7 2.2 5 6 R9K5 0.5 до 1 3.8 4.4 2 2.6 5 6 R9K10 0.5 до 1 3.8 4.4 2 2.6 9.5 .5 .6 2.1 2.5 5 6 r6m5k5 0, кобалтови стомани с високо съдържание на ванадий R10K5F5 1.45 1.55 10.5 11.5 до 1 4 4.6 4.3 5.1 5 6 R12K5F4 1.25 1.4 12.5 14 0.5 1 3.5 4 3.2 3 МОДЕРНИ ИНСТРУМЕНТАЛНИ МАТЕРИАЛИ

30 Освен стоманите, дадени в табл. 6, през последните години са разработени редица нови високоскоростни стомани. По-долу е дадено кратко описание за тях. Високопроизводителната стомана R18F2K8M (EP379) има твърдост след HRC топлинна обработка при устойчивост на топлина от 640 C. При обработка на титан и топлоустойчиви сплави инструментите, изработени от стомана EP379, имат издръжливост няколко пъти по-висока от тази на стомана R18, а при резбоване и пробиване на закалени стомани е в пъти по-висока. Стомана R18F3K8M (EP380) може да бъде закалена до HRC твърдост и има устойчивост на топлина от 650 C, но се характеризира с лоша пластичност и следователно може да се използва само за производство на инструменти с проста форма. Имайки твърдост HRC, стомана R18F4K8M (EP381) е малко по-добра от предишната по отношение на якост и издръжливост. Стоманата R9F4K8M има още по-високи якостни свойства. Твърдостта му е равна на HRC. За обработка на аустенитни стомани и топлоустойчиви сплави се препоръчва използването на стомана R12M3F2K8 (EP657), която има твърдост до 68,5 HRC и топлоустойчивост до 640 C с добри технологични свойства. Стомана R6M5F2K8 (EP658) има твърдост HRC при топлоустойчивост 640 C и е предназначена за обработка на високоякостни стомани при условия на ударно натоварване. За същата цел се препоръчва и стомана R6M5K14F2 (EP804). Всички тези стомани са разработени в Държавния технически университет в Санкт Петербург. В МГТУ "СТАНКИН" са разработени редица нови марки бързорежещи стомани: R18F2K5M, R12F4K8, R8M3S, R9MCHK8 (EP688), R8M3K6S (EP722). Стоманата EP688 има твърдост до 5 HRC, а стоманата EP722 до 5 HRC. Стомана EP688 се препоръчва за обработка на топлоустойчиви сплави, където животът на инструмента на тази стомана е няколко пъти по-висок от този на стоманите R18 и R12 и 1,5 ... 2,5 пъти по-висок от този на кобалтовите стомани R9K5 и R9K10. Инструментите от стомана EP722 се препоръчват за рязане на високоякостни стомани и титанови сплави. Наскоро произведените стомани 10R6M5 и 10R8M3 имат повишена износоустойчивост и се използват за рязане на закалени конструкционни стомани с HRC твърдост.Издръжливостта на стомана 10R6M5 при обработка на заготовки на машинни части с якост V MPa е 1,3 ... 2 пъти по-висока от тази на стомана R6M5. Стомана R6M5F3 се препоръчва за довършване ГЛАВА 1. ИНСТРУМЕНТАЛНИ СТОМАНИ 29

31 и полуобработка на легирани стомани, включително трудни за машинна обработка, неръждаеми и аустенитни стомани. Издръжливостта на инструмента е % по-висока от тази на стоманите R18 и R6M5. Когато се оптимизира съставът на легиращите елементи във високоскоростни стомани, математическото моделиране често се използва за установяване на връзката между състава и свойствата. Съдържанието на легиращи елементи е избрано като изследвани фактори (входни параметри), твърдост, якост, якост на удар, топлинна и износоустойчивост се разглеждат като целеви функции (изходни параметри), а топката на карбидната нехомогенност и дълбочината на обезвъглеродения слой се считат за контролирани параметри. Оптимизирането на получените модели позволи да се избере съставът на стоманата със следната концентрация на легиращи елементи: 1,05...1,15% въглерод; 1,7...2,2% волфрам; 3,3...3,8% молибден; 5,0...5,5% хром; 2,5...3,0% ванадий; 3,3...3,8% кобалт; 0,7...1,2% силиций; 0,2...0,5% ниобий; обозначен клас стомана R2M3F3K3SB. Оптимален режим на топлинна обработка на стомана: закаляване при С и двойно темпериране при 560 С за 1 час След обработката стоманата R2M3F3K3SB се характеризира със следните свойства: твърдост HRC, якост MPa, якост на удар 0,23 ... 0,28 MJ / m 2 , червена твърдост HRC 58, характеризираща се с твърдост след четири часа нагряване при 630 C. В отгрято състояние стоманената структура е полигонизиран ферит и MC карбид, M 6 C и M 23 C 6, чието разпределение е по-равномерно от във високолегирани стомани от клас R6M5K5. Аустенизацията при 1220°C не предизвиква забележим растеж на зърната в стоманата, тъй като повече от 90% от излишните карбиди на базата на ванадий и ниобий MC остават неразтворени и служат като бариера за растежа на зърната. Кобалтът се съдържа почти изцяло в твърдия разтвор, не се преразпределя между него и карбидната фаза и не влияе на количеството на последната. Въпреки това, при темпериране кобалтът заедно със силиция значително променя кинетиката на коагулация на карбида. Това обяснява факта, че размерите на карбидите MC, M 2 C и M 3 C, отделени по време на темпериране на стомана R2M3F3K3SB, са много по-малки, отколкото в повечето бързорежещи стомани. 30 МОДЕРНИ ИНСТРУМЕНТАЛНИ МАТЕРИАЛИ

MSTU im. Доклад на Бауман домашна работа IShth-7 Изпълнява Константиниди Анастас Москва, 2016 г. Този материал. За производство на щанцови инструменти за студено формоване, в зависимост от

Лекция 19 http://www.supermetalloved.narod.ru Инструментални стомани 1. Стомани за режещи инструменти 2. Въглеродни инструментални стомани (GOST 1435). 3. Легирани инструментални стомани 4. Високоскоростни

ИНСТРУМЕНТАЛНИ СТОМАНИ Бързорежещи стомани СЪДЪРЖАНИЕ Стр КЛАСОВЕ СТОМАНИ И ПРОГРАМА ЗА ДОСТАВКА 3 ПРИЛОЖЕНИЕ И ИЗБОР НА СТОМАНИ 4-5 THYRAPID 3202 6 THYRAPID 3207 7 THYRAPID 3243 8 THYRAPID 3245 9 THYRAPID

Лекция 14 Технологични характеристикии възможности за закаляване и отвръщане 1. Закаляване 2. Методи за закаляване 3. Закаляване 4. Крехкост при отвръщане Закаляване Конструкционните стомани се охлаждат и темперират, за да се подобри

Leс_14_TKMiM_1АА_AD_LNA_01.12.2016 Съдържание 14.1. Износване на режещия инструмент 14.2. Инструментални материали Контролни въпросиЗадания за самостоятелна работа Литература 14.1. Износване на рязане

7.3. Класификация и маркиране на въглеродни стомани Стоманата е сплав от желязо с въглерод, съдържаща по-малко от 2,14% С. Въглеродните стомани обикновено се класифицират: по състав; назначаване; структура; дезоксидация

МИНИСТЕРСТВО НА ОБРАЗОВАНИЕТО НА РЯЗАНСКА ОБЛАСТ ОГБПОУ „РЯЗАНСКИ ЖЕЛЕЗОПЪТЕН КОЛЕЖ“ ТВОРЧЕСКИ ПРОЕКТ „Аз го знам, а сега и вие можете да разберете“ Самостоятелна работастуденти по материалознание

Тема 1.1 Инструментални материали 1. При избора на инструментални материали те обикновено не се сравняват o по якост o по твърдост o по термоустойчивост o по плътност 2. Твърдост на свръхтвърдите инструменти за материали

ЛАБОРАТОРНА РАБОТА 9 ТЕРМИЧНА ОБРАБОТКА НА ЛЕГИРАНИ СТОМАНИ: ОТГРЯВАНЕ, НОРМАЛИЗАЦИЯ, КАЛЕНЕ Цел на работата Да се ​​изследва влиянието на легиращите елементи върху режимите на термична обработка на стоманите, формирането на структурата

Влиянието на легиращите елементи върху структурата на метала Механичните, физичните и химичните свойства на стоманата са силно повлияни от добавянето на легиращи елементи:

РЯЗАНЕ НА МЕТАЛИ отрязване на метален слой от детайла под формата на стружки с режещ инструмент за получаване на необходимата геометрична форма, точност на размерите и грапавост на повърхността на детайла. Надбавка

Особености на криогенната обработка на промишлени инструменти от различни стомани Във въглеродни стомани със съдържание на въглерод над 0,6%, в резултат на криогенна

Топлинната обработка включва следните основни видове: отгряване от първи вид, отгряване от втори вид, закаляване без полиморфна трансформация, закаляване с полиморфна трансформация, темпериране и стареене. Всеки от тези видове термични

32 Евдокимов В.Д., Клименко Л.П., Евдокимова А.Н. азот. Закаляване и стареене на закалени стомани Закаляването на закалени стомани е процесът на нагряване и задържане на закалената стомана при температура 2030 C под критичната температура.

ИЗБОР НА МАРКА СТОМАНА И ОПТИМАЛЕН РЕЖИМ НА ТЕРМИЧНА ОБРАБОТКА ЗА ПРОИЗВОДСТВО НА ДОМАКИНСКИ НОЖОВЕ. Артюхина Д.А. Държава Самара Технически университетРусия, Самара ИЗБОРЪТ НА КЛАС

Лекция 3 Класификация. Материали за режещи инструменти 1. Класификация и обозначение на инструментите Всички инструменти за рязане на дърво се разделят на ръчни и машинни инструменти и според метода на закрепване към машината

Министерство на образованието и науката Руска федерацияФедерална държавна бюджетна образователна институция за висше образование професионално образование"СИБИРСКА ДЪРЖАВНА ГЕОДЕЗИЧЕСКА АКАДЕМИЯ"

Министерство на образованието и науката на Руската федерация Калужски клон на федералния държавен бюджет образователна институция висше образование„Московски държавен технически университет

Московски държавен технически университет. N.E. Бауман Калуга клон на E.V. Акулиничев Структура, свойства, приложение на легирани стомани. НасокиДа се лабораторна работаот

Голямата популярност на неръждаемата стомана се дължи на нейните уникални характеристики, които конвенционалните сплави от въглеродна стомана нямат. С голямо разнообразие от марки

Лекция МАТЕРИАЛОЗНАНИЕ. МЕТАЛНИ МАТЕРИАЛИ. КЛАСИФИКАЦИЯ НА МЕТАЛИ. ТЕХНОЛОГИЯ ЗА ПРОИЗВОДСТВО НА МЕДИЦИНСКИ ИЗДЕЛИЯ ОТ МЕТАЛИ Лектор: Наталия Павловна Беда 1 Материалознание Материалознанието е наука,

Инструментална стомана Клас стомана U7, U7A U8 U8, U8A U9, U9A U10, U10A U12, U12A 9X1 HV4F 9XS HVG U11 9X2 CVG, CVSG 9HS,

Тестови задачи вътрешни слоевесе наричат ​​1) вътрешни остатъчни 2) структурни 3) термични

ISSN 2076-2151. Обработка на материали чрез налягане. 2012. 1 (30) 280 UDC 621.735.32 Hvan A. D. ИЗСЛЕДВАНЕ НА ВЛИЯНИЕТО НА ПЛАСТИЧНАТА ДЕФОРМАЦИЯ ВЪРХУ УСТОЙЧИВОСТТА НА ИНСТРУМЕНТАЛНА СТОМАНА Kh12M Повишаване на конкурентоспособността

Заваряване на легирани стомани Иля Мелников 2 3 Иля Мелников Заваряване на легирани стомани 4 ЛЕГИРАЩИ ЕЛЕМЕНТИ

КОНТРОЛНА ЗАДАЧА 2.1 Изборът на инструментални материали за различни видовеобработка и геометрични параметри на фрези при струговане. Задача 1. Изберете материала на режещата част на инструментите

Влиянието на химичния състав върху механичните свойства на стоманата 24.11.2016 г. Всеки химичен елемент, който е част от стоманата, по свой начин влияе върху нейните механични свойства, подобрява или влошава. въглерод (C),

ОБРАЗОВАТЕЛНА ИНСТИТУЦИЯ "МОГИЛЕВСКИ ДЪРЖАВЕН МАШИНОСТРОИТЕЛЕН ПРОФЕСИОНАЛЕН И ТЕХНИЧЕСКИ КОЛЕЖ"

ЛАБОРАТОРНА РАБОТА N10 ТЕРМИЧНА ОБРАБОТКА НА ЛЕГИРАНИ СТОМАНИ. ХОЛИДЕЙ Цел на работата Да се ​​изследва влиянието на температурата на отвръщане върху структурните трансформации в легираните стомани и върху техните механични свойства.

3.5. Обработка чрез повърхностна пластична деформация Такива технологии предизвикват втвърдяване на повърхностния слой на метала в студено състояние (механични методи) или при нагряване (термомеханични методи).

Министерство на образованието на Руската федерация Д. И. Менделеева ОСНОВИ НА МАТЕРИАЛОЗНАНИЕТО Кристален строеж, диаграми на състоянието, маркиране на материали.

СРЕЩУ. Палеев, 2012 JSC "Uralmashzavod" M.A. Гервасиев, 2012 Уралски федерален университет на името на първия президент на Русия Б.Н. Елцин, Екатеринбург ТЕХНОЛОГИИ ЗА ПРОИЗВОДСТВО НА РОЛКИ

Министерство на образованието на Република Беларус БЕЛОРУСКИ НАЦИОНАЛЕН ТЕХНИЧЕСКИ УНИВЕРСИТЕТ Катедра по материалознание в машиностроенето M.V. Ситкевич ТЕХНОЛОГИЯ НА ИНСТРУМЕНТАЛНИТЕ МАТЕРИАЛИ

Неръждаема хром-никелова супераустенитна стомана, легирана с молибден и мед Обозначение съгласно други стандарти EN 10088-3: 1.4539 / X1NiCrMoCuN 25-20-6 AISI: 904L ASME: 472/649 DIN: 1.4539 AFNOR: Z2NCDU25-20

Материали за режещи инструменти 5,00 /5 (100,00%) гласуваха 5

Материали за режещи инструменти.

Режещата способност на инструмента за струговане се определя от физичните и механичните свойства на материала, от който е направен. Основните свойства, които определят работата на инструмента, включват твърдост, устойчивост на топлина, устойчивост на износване, топлопроводимост и адхезивна способност.

Твърдостта на материала, от който е изработен инструментът, трябва да надвишава твърдостта на обработвания материал. Поради факта, че върху работната част на инструмента действат значителни сили на рязане, създавайки деформации на огъване, материалът на инструмента трябва да има здравина. Твърдостта и здравината на материала на инструмента се влияе значително от съотношението на легиращите компоненти и въглерода, включен в техния състав под формата на карбиди. С увеличаване на количеството на карбидите и намаляване на размера на зърното им, твърдостта и устойчивостта на износване на инструмента се увеличават, а силата намалява.

Определя се топлоустойчивостта на инструментатемпература, над която твърдостта намалява и износването се увеличава.

Устойчивостта на инструмента се характеризира сустойчивостта на инструмента на абразия под действието на силите на триене, възникващи при процесите на рязане.

Топлопроводимост на инструментасе определя от способността му да отвежда топлината, генерирана в процеса на рязане, от режещите ръбове на инструмента. Колкото по-висока е топлопроводимостта, толкова по-добре се отделя топлината от режещите ръбове, като по този начин се увеличава живота на инструмента.

АдхезияТемпературата на инструмента и материала на детайла се характеризира с температурата, при която материалът на детайла се прилепва към режещите ръбове на инструмента. Зависи от молекулярните сили, които се развиват при високи температури и налягания в точките на контакт на режещия инструмент с повърхността, която ще се обработва. Колкото по-висока е температурата на залепване на обработвания материал върху инструмента, толкова по-добър трябва да бъде материалът, от който е изработен инструментът.

Инструментални стомани.

Инструменталните стомани се делят на:

• въглероден;
• легирани;
• бързо рязане.

Въглеродни инструментални стомани.

За направата на режещ инструмент се използват въглеродни стомани марки U10A, U11A, U12A и U13A. Буквата U означава, че въглеродната инструментална стомана. Числото след буквата показва приблизително колко въглерод в десети от процента се съдържа в тази стомана.

Ако има буква А в края на името на марката стомана, това означава, че стоманата принадлежи към висококачествената група (U10A; U12A).

След закаляване и отвръщане твърдостта на инструмента на тези стомани е HRC 60-64. Но при нагряване до температура над 220-250°C твърдостта на инструмента рязко намалява. Следователно в момента на стругове такъв инструмент се използва само за работа, свързана с ниски скорости на рязане (някои видове кранове, зенкери и райбери).

легирани инструментални стомани.

Легирани инструментални стомани- това са тези, в които се въвеждат специални примеси (легиращи елементи) с цел подобряване на физико-механичните свойства.

С въвеждането на хром, молибден, волфрам, ванадий, титан и манган твърдостта на стоманата се увеличава, тъй като те образуват прости или сложни съединения (карбиди) с въглерод, които имат висока твърдост (особено волфрамови и ванадиеви карбиди). В същото време стоманата запазва достатъчна якост. Никел, кобалт, алуминий, мед и силиций, разтваряйки се в желязо, втвърдяват стоманата.

При подходяща термична обработка инструментът има твърдост HRC 62-64 и я запазва при нагряване до температура 250-300°C. Зенкери, райбери, кранове, протяжки са изработени от стомана класове 9XC, KhVG и KhV5.

Бързорежещи инструментални стомани.

Бързорежещи инструментални стомани- това са легирани стомани със значително съдържание на волфрам, кобалт, ванадий и молибден. Те запазват твърдостта HRC 62 - 64, получена след топлинна обработка, когато се нагряват до температура от 600 ° C, а някои класове сложни легирани стомани запазват своята твърдост дори при нагряване до температура от 700-720 ° C.

Тези качества на бързорежещите стомани позволяват да се увеличи скоростта на рязане по време на обработка два до три пъти в сравнение с инструмент, изработен от въглеродна и обикновена легирана инструментална стомана.

Всички класове бързорежеща стомана се обозначават с буквата P (P9, P12, P18), числото след буквата P показва средния процент на волфрам в тази стомана.

Имат широко приложение бързорежещи стоманисъдържащи 3-5% молибден (P6M3, P6M5). Тези стомани превъзхождат по якост стомана P18, въпреки че имат малко по-ниска устойчивост на топлина. Те обикновено се използват за инструменти, работещи при условия на висока мощност.

При обработката на легирани, топлоустойчиви и неръждаеми сплави и стомани е ефективно да се използват високоскоростни стомани с повишена производителност, които включват ванадий и кобалт (R10KF5, R18K5F2), или сложни легирани стомани (класове R18MZK25, R18M7K25 и R10M5K25). При наличие на 10% или повече кобалт в стоманата, нейната твърдост след топлинна обработка е 67-68 и се поддържа до температура на нагряване 640-720°C.

Бързорежещите инструментални стомани се използват за производството на фрези, свредла, зенкери, райбери, метчици, матрици и други инструменти. .

твърди сплави.

Твърдите сплави се състоят от карбиди на огнеупорни метали, които са равномерно разпределени в кобалтова връзка. Изработват се чрез пресоване и синтероване. Твърдите сплави имат висока плътност и твърдост, която не намалява дори при нагряване до 800-900°C. Според състава твърдите сплави се делят на три групи:

• волфрам;
• титан-волфрам;
• титан-тантал-волфрам.

Основните марки твърда сплав от групата на волфрама, използвани за производството на режещи инструменти, са VKZ, VKZM, VK4, VK4M, VK6 VK6M VK6V, VK8, VK8V, VK10. В обозначението на марката твърда сплав от тази група буквата B обозначава групата, буквата K и числото след нея - процентът на кобалт, който е свързващ метал. Буквата М показва, че структурата на сплавта е дребнозърнеста, а буквата В показва, че е едрозърнеста.

Твърди сплави от групата титан-волфрам.

Твърдите сплави от групата титан-волфрам се състоят от зърна от твърд разтвор на волфрамов карбид в титанов карбид, излишни зърна от волфрамов карбид и кобалт, който е свързващо вещество. Основните марки сплави от тази група са T5K10, T5K12, T14K8, T15K6. При обозначението на сплави от тази група числото след буквата Т показва процентното съдържание на титанов карбид, а числото след буквата К показва процента на кобалт. Останалата част от сплавта е волфрамов карбид.

Твърди сплави от групата титан-тантал-волфрам.

Твърдите сплави от групата титан-тантал-волфрам се състоят от зърна от титан, тантал, волфрамови карбиди и свързващо вещество, което също се използва като кобалт. Марките от тази група сплави са ТТ7К12, ТТ8К6, ТТ10К8Б и ТТ20К9. При обозначението на тази група сплави числото след буквите ТТ показва съдържанието на титанов и танталов карбиди, а числото след буквата К показва процентното съдържание на кобалт.

В зависимост от съдържанието на волфрамов карбид, титанов карбид, танталов карбид и кобалт, твърдите сплави имат различни свойства. Колкото повече кобалт, толкова по-вискозна е сплавта и толкова по-добре издържа на ударно натоварване. Следователно сплави с високо съдържание на кобалт се използват за производството на инструменти, които извършват пилинг. При обработката на стомана се използват твърди сплави, съдържащи титанов карбид, тъй като стоманените стружки се придържат по-малко към инструмент, изработен от тези сплави.

Волфрам-кобалтови твърди сплави.

Съгласно GOST 3882 - 74 твърди сплави от групата VK (волфрам-кобалт) се препоръчват за обработка на крехки материали (чугун, бронз). Сплави от групата TK (титан-волфрам-кобалт) се препоръчват за обработка на твърди материали (стомана, месинг). Сплави от групата на титанотантал-волфрам се използват при неблагоприятни условия на работа на инструмента с ударни натоварвания, при обработка стоманени отливкии изковки.

Минерални керамични материали.

Минерално-керамичните материали за режещи инструменти се произвеждат под формата на плочи от алуминиев оксид Al 2 O 3 (алуминиев оксид) чрез пресоване под високо налягане, последвано от синтероване. Имат висока твърдост, температурна устойчивост (до 1200°C), устойчивост на износване и достатъчна якост на натиск. Недостатъците на тези материали включват висока крехкост и ниска якост на удар. Инструменти, оборудвани с минерална керамика, обикновено се използват за довършителни работи при струговане с постоянно натоварване и при липса на вибрации.

Синтетични материали.

синтетичен диамантхарактеризиращ се с висока твърдост и устойчивост на износване, химически малко активен. Има нисък коефициент на триене и лека склонност към залепване на стружки от обработвания материал. Недостатъците на диаманта са неговата крехкост и относително ниска температурна устойчивост (750-850 °). Диамантените фрези се използват за довършителна обработка на цветни метали, сплави и неметални материали.

Кубичният борен нитрид (CBN) е синтетичен свръхтвърд материал (елбор, кубанит, хексанит), състоящ се от борни и азотни съединения. Неговата твърдост е малко по-ниска от твърдостта на диаманта, но температурната устойчивост е много по-висока (1200 - 1300°C). Той е химически инертен към материали, съдържащи въглерод, поради което при обработка на стомани и чугуни неговата устойчивост на износване е много по-висока от тази на диамантите. CBN вложките се използват при стругови инструменти за закалена стомана и сферографитен чугун.

Използването на трудни за рязане материали в промишлеността и постоянното нарастване на производителността на труда, особено в процесите на рязане на метали, изискват създаването на нови методи за обработка и нови металорежещи инструменти от по-ефективни инструменти.

Ефективността на даден инструмент зависи до голяма степен от способността му да се поддържа определено времережещи свойства. Режещите свойства се влошават не само под въздействието на висока температура, която се повишава по време на процеса на рязане и причинява намаляване на твърдостта на инструмента, но и при такива явления като адхезия, дифузия, абразивно-механично износване на режещия ръб и повърхностите на инструмента.

Способността на инструмента да устои на тези явления се нарича износоустойчивост. Животът на инструмента се измерва с времето, през което се запазват неговите режещи свойства и при определени условия на работа. За да се избегне преждевременна повреда на режещия ръб, материалът на инструмента също трябва да бъде достатъчно здрав.

Следователно инструменталните материали, независимо от техния химичен състав и метод на производство, предназначени за използване като режещи елементи на инструменти, трябва да имат: твърдост, превишаваща твърдостта на обработваните метали; висока устойчивост на износване; червена твърдост; механична якост, съчетана с достатъчна пластичност. Изброените свойства определят физико-механичните характеристики на инструменталните материали. Не всички инструменти обаче имат еднакво високи физични и механични свойства. Те варират в зависимост от химичния състав, структурното състояние, от условията на взаимодействие на материала на инструмента с метала на детайла по време на процеса на рязане и от неговата стабилност при различни температури.

Класификация на инструменталните материали по химичен състав и физико-механични свойства

Класификацията на инструменталните материали по химичен състав и физико-механични свойства е показана на фиг. 1, от което се вижда, че в момента материалите за режещи инструменти са разделени на четири групи и се различават по значителна номенклатура.В съответствие с това различните режещи материали трябва да имат свои рационални области на приложение.

Фигура 1. Класификация на съвременните режещи материали за инструменти

Материалите от групи II - IV имат повишени режещи свойства и следователно са прогресивни.

Прогресивните режещи материали, поради повишената топлоустойчивост и устойчивост на износване, в сравнение с инструменталните стомани, осигуряват работа при високи скорости на рязане при рязане с инструмент, обработка на метали с висока твърдост, което допринася за повишаване на производителността на труда и ефективността на технологичния процес. Производителността на процеса на обработка зависи не само от скоростта на рязане, но и от количеството на подаването и дълбочината на рязане. Тези параметри определят площта на рязане и съответно силата на рязане, действаща върху режещата част на инструмента, причинявайки сложни напрежения в режещия клин. Следователно един от основните механични характеристикиматериалът за рязане на инструмента е якост на огъване. В природата обаче няма материали, които едновременно да имат висока твърдост, устойчивост на износване и здравина.

Относителното разположение на инструменталните материали по отношение на износоустойчивостта и якостта е показано на фиг. 2.

Фигура 2. Относително разположение на режещите материали по отношение на тяхната устойчивост на износване и якост на огъване на неговия дизайн, като се вземат предвид физичните и механичните свойства на материала и факторите на режима на рязане.

Учените по материали работят за създаване на нови материали и подобряване на съществуващите в посока на едновременно подобряване на горните свойства на материалите.

Студентите-инструменталисти и технолози са изправени пред задачата за рационален избор на режещ материал за конкретен инструмент и вид обработка.

Основните скорошни постижения в областта на съвременните материали за рязане включват:

1. подобряване на качеството на керамично-металните волфрам-титан-кобалтови твърди сплави;
2. разработване на твърди сплави с ниско съдържание на волфрам;
3. разработване и усъвършенстване на твърди сплави без съдържание на волфрам;
4. повишаване на режещата способност на сплавите чрез нанасяне на покрития с титанов карбид, титанов нитрид, карбонитриди и оксиди на различни метали;
5. разработване и усъвършенстване на оксидно-карбидна минерална керамика;
6. създаване на поликристали от синтетични свръхтвърди материали на базата на въглероден и борен нитрид.

Качеството на инструменталния материал се определя от комплекс от механични и физико-химични свойства:

• максимална якост при едноосно опън и натиск;
• температурна зависимост на границата на провлачване или твърдостта;
• температурна зависимост на границата на издръжливост;
• температурна зависимост на интензивността на сцепление с обработвания материал;
• модул на еластичност, температурен коефициент на линейно разширение, коефициент на Поасон;
• топлина и топлопроводимост;
• температурна зависимост на скоростта на взаимно разтваряне на инструментални и обработвани материали;
• Температурна зависимост на скоростта на окисление.

Сравнението на основните физични и механични свойства на групи режещи материали е дадено в таблица. 1. Керметите, които заемат междинна стойност между твърдата сплав и бързорежещата стомана по отношение на характеристиките на рязане, не са включени в таблицата. 1.

Материал	Плътност ?, 10 3 kg / m 3	Микротвърдост HV,10 7 Pa	Якост на натиск? сж. MPa	Якост на огъване? от, MPa	Модул на надлъжна еластичност E, GPa	Топлопроводимост, W / (m * K)	Топлоустойчивост, °C
Карбид						11…80
Минерална керамика: оксид
оксид-карбид
Свръхтвърд кубичен борен нитрид
синтетичен диамант

Новите инструменти за инструменти обикновено имат ограничен обхват - така че те ще допълват, вместо да заменят основните видове инструменти за материали. Сложността на процеса на образуване на стружки, особено при условия на прекъсване на рязане и при високи температури, понастоящем не позволява да се предвиди способността за рязане на нови инструменти за материали при всички условия на обработка.

Подобрените съществуващи и създадените нови прогресивни режещи материали имат подобрени режещи свойства и позволяват рязане на всички структурни материали.