TO kategorija:
Metalni i alatni radovi
Osnovna svojstva alatnih materijala
Materijali koji se koriste za proizvodnju reznih alata mogu se podijeliti u tri glavne grupe:
1) alatni čelici;
2) tvrde legure;
3) nemetalni alatni materijali.
Materijal alata mora imati određena svojstva performansi koja odgovaraju radnim uvjetima reznog alata. Tvrdoća i čvrstoća materijala alata moraju biti veće od onih materijala koji se obrađuje (čelik i liveno gvožđe). Prilikom rezanja radni dio alata se zagrijava na visoke temperature, a njegove rezne ivice su podložne intenzivnom habanju, tako da materijal alata mora imati visoku otpornost na toplinu i otpornost na habanje.
Alati čelici. Legura željeza i ugljika (sadržaj potonjeg je 0,1-1,7%) naziva se čelik. Čelici koji sadrže više od 0,65% ugljika i koji se odlikuju velikom tvrdoćom nazivaju se alatni čelici.
Da bi se poboljšala radna ili tehnološka svojstva alatnog čelika, u njegov sastav se uvode legirajući (poboljšavajući) elementi. Takvi čelici se nazivaju legiranim i njihova oznaka (razred) uključuje rusko slovo koje odgovara nazivu legirajućeg elementa: X - hrom (Cr); F - vanadijum (V); N - nikl (Ni); K - kobalt (Co); G - mangan (Mn); T - titanijum (Ti); M - molibden (Mo); B - niobijum (ne); C - silicijum (Si); Ta - tantal (Ta); B - volfram (W) itd.
Ugljik u klasi čelika nema slovnu oznaku, a njegov sadržaj (u desetinkama procenta) naveden je na početku oznake. Sadržaj legirajućeg elementa je označen kao postotak nakon odgovarajućeg slova. Na primjer, legirani hrom-silicijum čelik 9HS sadrži 0,9% ugljika, 1% hroma i 1% silicijuma. Ako je sadržaj ugljika ili legirajućeg elementa u čeliku jednak ili približno jednak 1%, tada se jedinica u označavanju izostavlja. Na primjer, čelik HVG sadrži 1% ugljika, 1% kroma, 1% volframa i 1% mangana.
Ugljičnim alatnim čelicima, ovisno o sadržaju ugljika, dodjeljuju se razredi U7A, U8A, U9A, U10A, UNA, U12A, U13A. Na primjer, čelik razreda U7A: ugljik (slovo U), sadrži 0,7% ugljika (broj 7); visokokvalitetan (slovo A), odnosno sa smanjenim sadržajem štetnih nečistoća (sumpora i fosfora). Otpornost na toplinu (QK = 180-b220°C) i otpornost na habanje ugljeničnih alatnih čelika su niži od sličnih parametara drugih alatnih materijala. Što je veći sadržaj ugljika, to su veći ovi parametri.
Tvrdoća (nakon žarenja) 187-207 HB je niska, pa se ovi čelici dobro obrađuju rezanjem.
Kaljeni ugljenični čelici se dobro melju. Ovi čelici (najjeftiniji od alatnih materijala) koriste se za izradu alata koji rade na niskim temperaturama rezanja: alati za obradu drveta i vodovod; šabloni i kalibri smanjene preciznosti; turpije, strugalice, valjci za narezivanje, slavine itd.
Niskolegirani alatni čelici uključuju čelik razreda 9HS, HGS, HVG, HVGS itd. Ovi čelici sadrže oko 1% ugljika, kao i hrom (1%), mangan (1%), silicijum (1%) i volfram (1%). % ), odlikuju se boljom otvrdljivošću, povećanom otvrdljivošću i otpornošću na toplinu, te manjom sklonošću rastu zrna.
Otpornost na toplinu ovih QK čelika je 250-260 °C, kaljivost je 40-50 mm, tvrdoća (nakon žarenja) 241-255 HB. Obradivost niskolegiranih čelika je nešto lošija od ugljičnih čelika, oni su skloniji izgaranju tijekom mljevenja.
Ovi čelici se koriste za izradu kalupa, slavina, bušilica, razvrtača itd., kao i kalupa za hladno štancanje.
Brzorezni čelici se koriste za proizvodnju reznih alata koji rade pri velikim brzinama, silama i temperaturama rezanja. Ove čelike karakterizira visoka otpornost na habanje, otpornost na toplinu, čvrstoća i žilavost. Brzorezni čelici se dele u dve grupe: 1) čelici legirani volframom i molibdenom i koji sadrže do 2% vanadijuma (P18, P12, P9, P6M5, R6MZ itd.); 2) čelici legirani volframom i kobaltom koji sadrže preko 2% vanadijuma (R18F2, R14F5, R9F5, R10F5K5, R9K5, R9KYu itd.).
Prva grupa je klasifikovana kao čelici normalne produktivnosti, a druga grupa kao čelici visoke produktivnosti.
Na početku označavanja ovih čelika nalazi se slovo P (što znači brzi), a broj koji slijedi označava prosječan sadržaj volframa ( ), naredna slova i brojevi označavaju nazive drugih legirajućih elemenata i, shodno tome, njihov prosječni sadržaj (). Osim toga, brzorezni čelici sadrže ugljik (0,7-1,5%), krom (3-4,4%) i neke druge elemente koji nisu naznačeni u oznaci. Na primjer, brzorezni čelik P18 sadrži 0,7-0,8% ugljika, 17-18,5% volframa, 3,8-4,4% kroma, 1-1,4% vanadijuma.
Visoka svojstva brzoreznih čelika osiguravaju se legiranjem s volframom, vanadijem i molibdenom, koji u kombinaciji s ugljikom stvaraju odgovarajuće karbide (WC, VC i MoC). Otpornost na habanje brzoreznih čelika je 3-5 puta veća od otpornosti ugljičnih i niskolegiranih čelika; otpornost na toplotu je 620 °C, a kada je legirana kobaltom 640 °C. Prisutnost vanadijuma potiče stvaranje finozrnate strukture, što povećava čvrstoću i smanjuje lomljivost čelika.
Brzorezni čelici imaju i visoka tehnološka svojstva: kalju se u zagrijanom ulju, rastopljenim solima i kada se hlade na zraku (tj. ne zahtijevaju naglo hlađenje); kalciniraju se po cijelom poprečnom presjeku, bez obzira na veličinu obratka.
Nedostaci ovih čelika su njihova visoka tvrdoća u isporuci (255-269 HB); sklonost heterogenosti karbida; smanjena brusnost (posebno za čelike legirane vanadijem).
Najčešći je čelik marke R6M5, koji se koristi za izradu svih vrsta reznih alata namijenjenih za obradu (brzinom rezanja do 1 -1,2 m/s) ugljičnih i srednje legiranih konstrukcijskih čelika.
Tvrde legure su metalni materijali, koju karakterizira visoka otpornost na toplinu, otpornost na habanje i tvrdoću. Otpornost na toplinu i tvrdoća ovih legura su dva puta, odnosno 1,3-1,4 puta veće od sličnih parametara za brzorezni čelik R18. Stoga je izdržljivost karbidnih alata znatno veća od izdržljivosti brzohodnih alata, a ova prednost je veća što je veća brzina rezanja.
Tvrde legure proizvedene metalurgijom praha (prešanjem drobljenog metalnog praha u kalupe i zatim sinteriranjem na visoke temperature), koji se naziva metal-keramika.
Osnova metal-keramičkih tvrdih legura su zrna volframovog karbida (WC), titana (TiC) i tantala (TaC), koji su međusobno povezani kobaltom (trajan i duktilan materijal). Veličina zrna obično nije veća od 1-2 mikrona. Kobalt ispunjava cijeli prostor između zrna, ne ostavljajući praznine (pore), i cementira ih.
Tvrde legure se dijele u tri grupe: volfram (B); titan volfram (TV); titanotan-talo-volfram (TTV). Legure grupe B sastoje se od volframovih karbida vezanih sa kobaltom. Ova grupa uključuje legure marki VK.Z, VK4, VK6, VK8 itd. Ovdje slovo B znači volfram; K - kobalt; broj iza slova je sadržaj kobalta u . Na primjer, legura VK8 sadrži 8 kobalt i 92% volfram karbida.
Tvrde legure TV grupe sastoje se od titanijum karbida i volframovih karbida vezanih kobaltom. Ova grupa uključuje legure marki T5K.Yu, T15K8, T15K6, T30K4. Legura T15K6 sadrži 15% titanijum karbida, 6% kobalta i 79% volframovih karbida.
U treću grupu spadaju tvrde legure marki TT7K12, TT10K8, TT20K9 itd., koje se sastoje od volframovih karbida, titanijum karbida, tantal karbida vezanih kobaltom. Tvrda legura TT7K12 sadrži 12% kobalta, 7% titanijum karbida i tantal karbida i 81% volframovih karbida.
Tvrdoća metal-keramičkih karbidnih legura je 87-92 HRA. Sa povećanjem sadržaja kobalta, tvrdoća i otpornost na habanje legura se smanjuju, ali se istovremeno povećava njihova žilavost i čvrstoća.
Otpornost na toplinu legura prve i druge grupe je oko 1000 °C; legure treće grupe - 1050-1100 °C.
Tvrde legure grupe B koriste se za obradu predmeta od livenog gvožđa, obojenih metala i njihovih legura i nemetalnih materijala (plastika, fiberglas, itd.); Legure TV grupe - pri obradi ugljičnih i legiranih čelika; legure TTV grupe - za obradu teško rezanih materijala, čelika i legura otpornih na koroziju i toplinu, legura titana, za grubo tokarenje i glodanje čelične gredice. Dostupne su dvije vrste karbidnih umetaka - za lemljenje na držače alata i tijela alata i za mehaničko pričvršćivanje na njih (posljednji tip pričvršćivanja je poželjniji). Namjena, oblik, dimenzije i stepen tačnosti karbidnih umetaka utvrđeni su standardom.
Mineralno-keramičke tvrde legure sastoje se od vatrostalnih oksida aluminija (A1203) ili cirkonija (Zr02), vezanih staklastom tvari. Ove legure, proizvedene presovanjem prahova ovih oksida nakon čega sledi sinterovanje, imaju visoku tvrdoću (91-92 HRA), otpornost na toplotu (1300°C) i otpornost na habanje, ali su veoma krte.
Kermeti su nešto manje krti - tvrde legure u kojima su vatrostalni oksidi vezani metalima (gvožđe, nikl, titan itd.) Mineralna keramika i kermeti se koriste za završnu obradu (brzinom od 4-5 m/s) izradaka. sa jednoobraznim dodatkom; pri čemu preduslov je visoka krutost mašine i tehnološke opreme.
Posljednjih godina monokristali prirodnog dijamanta i polikristali sintetičkog dijamanta i kubnog bor nitrida (CBN) koriste se kao alatni materijali za oštrice alata (glodala, bušilice, glodala). U zavisnosti od sirovine, legirajućih aditiva i tehnologije proizvodnje, dobijaju se različite vrste CBN-a, koje se nazivaju kompoziti.
Alati sa dijamantskim sečivom koriste se za završnu i poluzavršnu obradu visokih performansi (brzinom rezanja od 5-10 m/s) obojenih metala i legura, titanijuma i nemetalnih materijala.
CBN noževi se koriste za završnu obradu (brzinom rezanja od 0,7-1,7 m/s) kaljenih legiranih i kaljenih alatnih čelika. Takva produktivnost nije moguća kod rezanja drugim alatnim materijalima. Na primjer, kod obrade CBN rezačima, brzina rezanja dostiže 7-12 m/s, odnosno približava se brzini brušenja.
Rezni klin, u interakciji s materijalom obratka, obavljajući kontinuiranu deformaciju i odvajanje materijala, izložen je sili i toplini, kao i abraziji. Ovi radni uvjeti omogućavaju formuliranje osnovnih zahtjeva za materijal reznog dijela alata. Pogodnost takvih materijala određena je njihovom tvrdoćom, otpornošću na toplinu, mehaničkom čvrstoćom, otpornošću na habanje, produktivnošću i cijenom.
1. Tvrdoća. Unošenje jednog materijala (klina) u drugi (obradak) moguće je samo uz prevladavajuću tvrdoću klinastog materijala, pa je tvrdoća alatnih materijala po pravilu veća od tvrdoće obrađenih materijala. Međutim, kako temperatura materijala alata raste, njegova tvrdoća se smanjuje i može biti nedovoljna za izvođenje deformacije i odvajanja materijala. Svojstva materijala da održavaju potrebnu tvrdoću na visokim temperaturama nazivaju se otpornošću na toplinu.
2. Otpornost na toplinu. Određuje se kritičnom temperaturom na kojoj dolazi do promjene tvrdoće. Ako je temperatura viša od kritične, alat neće raditi. Općenito, otpornost na toplinu određuje novu brzinu rezanja.
3. Mehanička čvrstoća. Važnost mehaničke čvrstoće za materijal alata objašnjava se njegovim radnim uvjetima, koje karakteriziraju opterećenja na savijanje, pritisak i udar, te su stoga granice čvrstoće na savijanje, pritisak i udarna čvrstoća materijala glavni pokazatelji čvrstoće alata. materijal.
4. Otpornost na habanje. Sposobnost materijala da se odupre habanju određuje koliko dugo će materijal alata trajati. Otpornost na habanje karakterizira rad sile trenja u odnosu na količinu abradirane mase materijala. Važnost ove karakteristike je da ona određuje očuvanje početne geometrije alata tokom vremena, jer Tokom rada dolazi do stalnog habanja alata (površine klina).
5. Proizvodnost. Proizvodnost materijala - njegova sposobnost da ispuni zahtjeve tehnologije termičke obrade, obrade pod pritiskom, mehaničke obrade itd., je svojstvo koje određuje mogućnost izrade alata datog dizajna.
6. Troškovi. Materijal reznog alata ne bi trebao biti jako skup, jer... ovo u konačnici određuje širinu njegove upotrebe.
════════════════════════════════════
grupe instrumentalnih materijala,
koristi se za proizvodnju reznih alata
1. Alatni čelici
U7, U7A, U13, U13A
Ugljenični čelici koriste se za izradu alata koji rade pri malim brzinama rezanja od 15-18 m/min, kao i na temperaturama ne nižim od 200-230 o C. To su alati za obradu metala (dleta, turpije, slavine, matrice, itd.). Tvrdoća ugljeničnih čelika nakon termičke obrade dostiže HRC 62-64.
2. Legirani čelici
Da bi se poboljšala tehnička ili druga svojstva ugljičnih čelika, u njih se unose legirajući elementi. Dakle, na primjer:
· (Ni) Nikl (H) - povećava duktilnost i žilavost, povećava otvrdljivost
· (Mn) Mangan (G) - povećava čvrstoću, otvrdnjavanje, otpornost na habanje
· (Cr) Hrom (X) - ojačava čelik
· (W) Volfram (B) - povećava tvrdoću, otpornost na habanje, otpornost na toplotu
· (V) Vanadijum (F) ograničava promjenu svojstava pri zagrijavanju, poboljšava kvalitet površine i zavarljivost, ali pogoršava brušenje.
· (Mo) molibden (M) povećava otvrdnjavanje, snagu, duktilnost, žilavost
· (Si) Silicijum (C) povećava otvrdljivost.
Otpornost na toplinu legiranog čelika nije veća od 300-350 o C. Niskolegirani čelici (X) sa hromom koriste se za izradu alata za obradu metala. Visokolegirani čelici KhVG, KhSVG za oblikovane glodalice, burgije malog prečnika, provlačenje, razvrtače i druge alate koji rade pri brzinama rezanja do 25 m/min.
3. Brzorezni čelici
Posebnu grupu alatnih čelika čine brzorezni čelici sa sadržajem volframa od 6-18% visoke otpornosti na toplinu (do 650 o C). Pogodni su za izradu alata koji rade pri brzinama rezanja do 60 m/min.
Bušilice, slavine, glodalice, upuštači, razvrtači, matrice itd. izrađuju se od brzoreznog čelika normalne produktivnosti R9, R18, a od čelika visokih performansi R18F2, R18F5, R10K5F5 ili R9F5 izrađuju alate za obradu visokočvrstih i teško obradivi materijali, jer ove vrste čelika imaju povećanu otpornost na habanje i omogućavaju rad pri brzinama do 100 m/min.
Zbog nestašice volframa, u pravilu se samo rezni dio (ploče zavarene na držače) izrađuje od alatnog materijala, a tijelo od običnog konstrukcijskog čelika. Nakon termičke obrade, tvrdoća brzoreznog čelika dostiže HRC 64 ili više.
4. Metal-keramičke tvrde legure
Ovi materijali su legure vatrostalnih metalnih karbida sa čistim metalnim kobaltom koji djeluje kao vezivo (TiC, TaC, WC).
Tvrde legure se proizvode prešanjem nakon čega slijedi sinteriranje oblikovanog materijala. Koriste se u obliku ploča koje se dobijaju sinterovanjem na 1500 o -1900 o. Ovaj materijal ima otpornost na toplotu od 800 o -1000 o, što omogućava obradu brzinom od 800 m/min. Višestrane ploče (3, 4, 6) se koriste u industriji. Nedostatak je što materijal slabo podnosi udarna opterećenja zbog svoje krhkosti (što je više kobalta u sastavu, to je veća duktilnost).
Sve legure metala i keramike se dijele na tri grupe:
· Jednostruki karbid. Tvrde legure volfram-kobalta VK2, VK6, VK8, gdje brojevi iza slova označavaju postotak kobalta. Povećanje procenta kobalta povećava žilavost. Legure ove grupe su najtrajnije. Koriste se za obradu livenog gvožđa, obojenih metala i njihovih legura i nemetalnih materijala. Otpornost na toplotu 250-1000 o C.
· Dvostruki karbid. U ovim legurama, pored komponenti legura VK grupe, uključuje titanijum karbid T5K10, T15K6, gde je sadržaj kobalta 6 procenata, titan karbida 15 procenata, a ostalo je volfram karbid. Koristi se za obradu ugljičnih i legiranih čelika. Maksimalna otpornost na toplotu 1050 o C.
· Trikarbid. Dodatno, tantal karbid je uveden kao dodatak gore navedenim. TT17K6, TT17K12, gdje je 17 ukupan sadržaj titanijuma i tantal karbida, 12 je sadržaj kobalta, tj. 71-volfram karbid. Ove legure imaju visoku čvrstoću i koriste se u preradi čelika otpornih na toplinu i legura titana.
· Grupa P- (plava)
Legure grupe P potrebne su za obradu materijala koji proizvode odvodne strugotine (čelik)
· Grupa M - (žuta)
Prilikom obrade nehrđajućih čelika, čelika otpornih na toplinu i legura titana
M40-TT7K12, VK10-OM
M - mali, OM - vrlo mali
· Grupa K - (crvena)
Legure grupe K koriste se za obradu niskoplastičnih materijala, obojenih legura, plastike, drveta, livenog gvožđa
5. Mineralno-keramičke legure alata
Ove legure se pripremaju na bazi aluminijum oksida Al 2 O 3 sa malim dodacima magnezijum oksida, a sinteruju se na 1700 o. Na primjer, TsM332 se koristi za poluzavršnu i završnu obradu čelika i lijevanog željeza; ima visoku otpornost na habanje, dobra svojstva rezanja, jeftiniji je od tvrdih legura, ali je krhak. Materijal ima toplinsku otpornost do 1200 o.
6. Supertvrdi alatni materijali.
To su materijali na bazi kubičnog bor nitrida CBN, koji imaju visoku tvrdoću i otpornost na toplinu. Primjer je CBN-R, koji se koristi u završnoj obradi lijevanog željeza i kaljenog čelika. U ovom slučaju postiže se hrapavost karakteristična za brušenje. Rezni dio alata je izrađen od monokristala prečnika 4 mm i dužine 6 mm.
Za izradu reznog dijela alata koriste se prirodni dijamanti (A) i sintetički (AS) dijamanti težine od 2 do 0,85 karata*. Prirodni dijamanti se koriste za fino struganje obojenih metala i plastičnih legura i drugih nemetalnih materijala. Sintetički dijamanti se koriste u obradi materijala s visokim sadržajem silicija, stakloplastike i plastike. Dijamanti imaju visoku tvrdoću, nizak koeficijent trenja, malu sposobnost prianjanja na strugotine i visoku otpornost na habanje. Nedostatak je njegova niska otpornost na toplinu i visoka cijena.
Uporedne karakteristike
instrumentalni materijali
════════════════════════════════════
Geometrija alata za struganje
Prilikom obrade materijala rezanjem razlikuju se sljedeće površine:
1- obrađen
2 - obrađeno
3 - rezna površina
Uobičajeni alat za obradu vanjskih i unutrašnjih površina je tokarski rezač, sastoji se od radnog dijela - I i tijela - II. Radni dio je snabdjeven alatnim materijalom, tijelo je izrađeno od konstrukcijskog čelika. Potonji je potreban za pričvršćivanje alata u držač rezača.
Radni dio rezača se sastoji od više površina koje, ukrštajući se, čine reznu ivicu i vrh rezača–6. 1 – površina duž koje struja strugotina. Stražnje površine 2 i 3 su okrenute prema radnom komadu koji se obrađuje. Presijecajući se s prednjom površinom 1, formiraju rezne ivice: glavnu-4 i pomoćnu-5. Shodno tome, stražnja površina 2 (okrećena je prema reznoj površini) je glavna, a 3 je pomoćna (usmjerena prema obrađenoj površini). Vrh rezača je tačka preseka reznih ivica.
Važna uloga u fizičkim procesima koji se javljaju u procesima rezanja uglovi rezača(uglovi sečenja)
a - ugao rasterećenja smanjuje trenje između stražnje površine alata i radne površine, povećanje ugla dovodi do smanjenja čvrstoće
a 1 – prisustvo ovog ugla smanjuje trenje
g - nagibni ugao može biti pozitivan, negativan ili nula, sa smanjenjem ugla deformacija rezanog sloja se smanjuje, budući da alat lakše seče u materijal, smanjuju se sile rezanja, uslovi za strujanje strugotine se poboljšavaju, a sa snažnim povećanjem ugla, smanjuje se toplotna provodljivost i povećava se usitnjavanje
b - ugao oštrenja - ugao između prednje i glavne stražnje površine rezača
d - ugao rezanja - ugao između prednje površine rezača i ravni sečenja
j- glavni ugao u planu određuje hrapavost površine, smanjenjem toga kvaliteta površine se poboljšava, ali se istovremeno smanjuje debljina i povećava širina rezanog sloja materijala; sa smanjenjem ovog kuta može doći do vibracija
j 1 - pomoćni ugao u planu; kako se ugao smanjuje, snaga se povećava
e - ugao na vrhu rezača, ugao između projekcija reznih ivica na glavnu ravan = 180°- (j+j1)
l - ugao nagiba rezne ivice je pozitivan kada je vrh rezača najviša tačka, a negativan kada je vrh rezača najniža tačka, utiče na smer strujanja strugotine
Vrijednosti ugla se mijenjaju zbog greške rezača.
Transkript
2 Y. M. ZUBAREV SAVREMENI INSTRUMENTALNI MATERIJALI ODOBRENI od Obrazovno-metodološkog saveza univerziteta za obrazovanje u oblasti automatizovanog mašinstva (UMO AM) kao udžbenik za studente visokog obrazovanja obrazovne institucije studenti koji studiraju u specijalnoj oblasti obuke „Projektovanje i tehnološka podrška proizvodnje mašina“ SANKT PETERBURG MOSKVA KRASNODAR 2008.
3 BBK 34 Z 91 Zubarev Yu. M. Z 91 Savremeni instrumentalni materijali: Udžbenik. Sankt Peterburg: Izdavačka kuća "Lan", str.: ilustr. (Udžbenici za univerzitete. Specijalna literatura). ISBN U knjizi se ispituju kompozicije i svojstva savremenih domaćih i stranih instrumentalnih materijala, daje se njihova klasifikacija, daju se svojstva i tehnološke preporuke za njihov efikasan izbor i upotrebu. Prikazane su metode za jačanje i povećanje otpornosti na habanje nožnih reznih alata. Knjiga će biti korisna studentima viših razreda mašinskih specijalnosti, nastavnicima i diplomiranim studentima. Namijenjen je i inženjerskim, tehničkim i naučnim radnicima u mašinogradnji, projektantskim institutima i istraživačkim institutima, tehnolozima koji se bave projektovanjem, proizvodnjom i upotrebom reznih alata. BBK 34 Recenzent: V.V.MAKSAROV šef. Katedra za tehnologiju automatizovanog mašinstva Severozapadnog tehničkog univerziteta, profesor, doktor tehničkih nauka Korice A. Yu. LAPSHIN Zaštićeno zakonom o autorskim pravima Ruske Federacije. Zabranjena je reprodukcija cijele knjige ili bilo kojeg njenog dijela bez pismene dozvole izdavača. Svaki pokušaj kršenja zakona biće krivično gonjen. Izdavačka kuća "Lan", 2008 Yu. M. Zubarev, 2008 Izdavačka kuća "Lan", umjetničko oblikovanje, 2008
4 UVOD Opšti napredak u mašinstvu i obradi metala usko je povezan sa razvojem dizajna reznih alata i poboljšanjem alatnih materijala. Materijali za rezanje alata su materijali od kojih se izrađuje radni dio reznih alata. Svojstva reznog materijala alata značajno utiču na proces formiranja strugotine i odlučujuće utiču na svojstva rezanja alata i dostižni nivo brzina rezanja. Efikasno rezanje jednog materijala drugim je moguće ako su ispunjeni sljedeći zahtjevi: Materijal alata mora imati dovoljnu čvrstoću da rezni alat izdrži, bez lomljivog loma (krpa), opterećenja koja nastaju i djeluju na njega pri rezanju datog materijala obrađuje se. Posjedujući dovoljnu sposobnost otpornosti na krto lomljenje, materijal alata mora istovremeno osigurati dovoljnu dimenzijsku stabilnost reznog dijela alata, odnosno sposobnost da se pod utjecajem opterećenja koja nastaju tokom rezanja značajno ne mijenja oblik koji mu daje oštrenje. Ovo posljednje pretpostavlja da materijal alata ima dovoljnu viskoznu čvrstoću. Uz dovoljnu lomljivu i duktilnu čvrstoću, materijal za rezanje alata mora imati i najveću moguću otpornost na habanje, odnosno sposobnost da izdrži. UVOD 3
5 uklanjanje sitnih čestica sa radne površine alata otpadnim strugotinama i obrađenom površinom dijela. Materijal alata zadovoljava ove zahtjeve ako ima: visoku tvrdoću, koja znatno premašuje tvrdoću materijala koji se obrađuje, sposobnost dugotrajnog održavanja tvrdoće pri zagrijavanju, odnosno otpornost na toplinu i dovoljnu čvrstoću na pritisak, savijanje i smicanje. Važna je i sposobnost da se ne sruši pod utjecajem takozvanih termičkih šokova, odnosno ponovljenih oštrih promjena temperature. Pri tome je potrebno voditi računa o tehnološkim svojstvima materijala, odnosno onim svojstvima koja utiču na njegovu sposobnost obrade u različitim operacijama. tehnološki proces proizvodnja reznog alata. Povećanje kvaliteta i poboljšanje alatnog materijala najvažniji su faktori povećanja efikasnosti mašinogradnje, jer upravo rezni alat određuje dostižni nivo uslova rezanja i stepen iskorišćenja opreme. Preciznost i kvalitet reznog alata imaju direktan uticaj na točnost i karakteristike performansi delova mašine, kao i na ukupan radni vek jedinice ili mašine. Za alatne materijale treba razlikovati koncept produktivnosti procesa obrade. Prilikom optimizacije svojstava alatnih materijala treba uzeti u obzir ne samo reznu sposobnost alata, već i uzeti u obzir u kombinaciji niz kriterija koji utiču na proces proizvodnje. Kao glavna svojstva alatnih materijala navode se: nizak intenzitet habanja, visoka izdržljivost uz osiguranje kvaliteta, stabilnost na habanje (mala varijacija u trajnosti). Upotreba obradaka sa minimalnim dodacima i potrebom za obradom kaljenih materijala postavlja nove izazove koji se odnose na osiguravanje potrebne točnosti dimenzija i geometrijskog oblika proizvoda, kao i poboljšanje kvaliteta njihove površine. Za izvođenje takvih operacija, materijali alata moraju osigurati visoku čvrstoću rezne ivice i baze, otpornost na habanje i male varijacije u izdržljivosti. Ako jedan alatni materijal ima ova svojstva, onda se može smatrati idealnim i univerzalnim u upotrebi.
6 promjena. Međutim, zbog fundamentalne kontradikcije između tvrdoće i čvrstoće, takav materijal se ne može stvoriti. S tim u vezi, glavni pravac rada u industriji alata trebao bi biti koncentrisan na kreiranje i optimizaciju tehnologije proizvodnje za takve materijale koji bi najbolje odgovarali specifičnim zadacima. moderna proizvodnja. Proizvodnja alata suočava se sa važnim zadatkom da kompletan mašinski kompleks obezbedi visokokvalitetnim alatima visokih performansi i istovremeno otpornim na habanje. Kvalitet i efikasnost upotrebe metaloreznih alata zavise od sledećih glavnih faktora: a) izbora optimalnog dizajna i geometrijskih parametara njegovog reznog dela; b) pravi izbor materijal reznog dijela alata; c) racionalna tehnologija za njegovu proizvodnju i karakteristike tehnologije dorade (oštrenja); d) upotreba različitih metoda kaljenja i premaza koji povećavaju performanse reznog dijela alata; e) dodeljivanje racionalnih režima njegovog rada; f) praćenje stanja reznog dijela alata tokom njegovog rada. Na osnovu razvoja tehnoloških procesa za proizvodnju metaloreznih alata opšti principi i zakoni tehnologije mašinstva. Uz to, tehnologija proizvodnje metaloreznih alata uključuje specifične karakteristike povezana sa upotrebom skupih i oskudnih instrumentalnih materijala. Alati za rezanje rade pod uticajem složenog skupa faktora, na primer, visokih kontaktnih napona i temperatura, kao iu uslovima aktivnih fizičkih i hemijskih procesa. Kontaktna naprezanja koja djeluju na prednju i stražnju površinu alata tijekom obrade razni materijali, može se kretati od 700 do 4000 MPa. Istovremeno, u zoni rezanja i na granici između alata i obrađenog materijala nastaju temperature, čije vrijednosti variraju od 200 do 1400 C. U tom slučaju kontaktne površine alata se intenzivno troše pod uvjeti abrazivnih, adheziono-zamornih, koroziono-oksidacijskih i difuzijskih procesa. Pod ovim uslovima, instrumentalni UVOD 5
7, materijal mora istovremeno imati dovoljnu granicu čvrstoće tijekom kompresije i savijanja, primjene udarnih impulsa i naizmjeničnih naprezanja. Navedena svojstva alatnih materijala često se međusobno isključuju. Stoga, stvaranje alatnog materijala koji ima idealan skup ovih svojstava u volumenu homogenog tijela trenutno još nije moguće. Akumulacijom teorijskih znanja i praktičnog iskustva u obradi materijala rezanjem, čovječanstvo je stvorilo nove alatne materijale, poboljšalo njihovu termičku i fizičko-hemijsku obradu, što je omogućilo konstantno povećanje produktivnosti procesa proizvodnje mašinskih dijelova. Povijest razvoja obrade metala pokazuje kakav je nagli porast produktivnosti rada postignut tijekom prijelaza sa alata od ugljika i legure na brzorezni čelik ili sa brzoreznog čelika na tvrde legure. Na primjer, povećanje brzine rezanja tokom prelaska sa čelika od legure alata na brzorezni čelik, a zatim na tvrde legure, karakteriziraju omjeri 1 (1,6...1,8) (4,9...5,6), dok Brzina rezanja za alate od alatnog legiranog čelika uzimaju se kao jedinica. Posljedično, kao rezultat zamjene materijala alata, povećava se produktivnost rada. Trenutno se kobalt i vanadij brzorezni čelici razreda R9F5, R18F2, R9K5, R9K10, R10K5F5 i drugi široko koriste za obradu materijala koji se teško rezati. Brzorezni čelici legirani molibdenom ili i volframom i molibdenom postali su široko razvijeni u inostranstvu. Potpuna ili djelomična zamjena volframa molibdenom značajno mijenja tehnološka svojstva brzoreznog čelika (manja heterogenost karbida, dobra brusnost i duktilnost, manja sklonost lomljenju rezne ivice alata). Iza U poslednje vreme Brojne laboratorije u našoj zemlji i inostranstvu su radile na unapređenju postojećih i pronalaženju novih materijala za izradu instrumenata. Istraživanja su obavljena u svim glavnim grupama savremenih alatnih materijala (slika 1): 1) u oblasti brzoreznih i drugih alatnih čelika; 2) u oblasti sinterovanih tvrdih legura; 6 MODERNIH MATERIJALA ZA ALAT
8 Fig. 1 Razvoj alatnih materijala Sl. 2 Korelacija između promjena brzine rezanja i produktivnosti procesa pri obradi čelika i legura Sl. 3 Klasifikacija postojećih alatnih materijala 3) u oblasti disperziono-očvrsnih legura na bazi Cr i Co; 4) u oblasti mineralne keramike; 5) u području iznad tvrdih materijala(STM). Upotreba novih alatnih materijala omogućila je povećanje brzine obrade. Na primjer, u posljednjih stotinu godina brzina rezanja se povećala otprilike 10 puta, dok se vrijeme obrade smanjilo za 50 puta (slika 2). UVOD 7
9 Međutim, većina trenutno poznatih instrumentalnih materijala ima samo djelomičan skup gore navedenih svojstava, što područje njihove racionalne upotrebe čini vrlo ograničenim. Na sl. Na slici 3 prikazana je klasifikacija postojećih alatnih materijala prema njihovoj čvrstoći i tvrdoći. Mehanička, fizička i rezna svojstva alatnih materijala (prosječne vrijednosti) tvrdoća, HRA Mehanička svojstva vlačna čvrstoća u N/mm 2 savijanje Udarna čvrstoća u Nm/cm 2 Fizička svojstva Kompresijska toplotna provodljivost u m stepenima gustina u kg/m Tabela 1 Svojstva rezanja otpornost na toplotu u C relativna brzina rezanja čelik liveno gvožđe Alat ugljenični čelik U12A.5 0,5 Alat legirani čelik 9HS HVG.8 7,6 0,6 Brzorezni čelik R .0 1,0 Tvrde legure volframa VK8 VK6 87,5 88,88 5,88 58,6 14,9 3,4 Tvrde legure titan-volfram T5K5 T14K8 T15K6 T30K4 88,5 89,94 2,45 97 .3 .1 .3 . 0 3,5 4,5 5,5 CM Mineralna keramika, 784 16,7 3,8 5,8 KNB Elbor Hexanit n/a n/ a n/a n/ d n/a n/a n/a 3,5 3, Sintetički dijamant AS n/a n/a 3, MODERNI MATERIJALI ALATA
10 Glavna svojstva domaćih alatnih materijala data su u tabeli. 1. U proizvodnji alata koriste se sljedeći osnovni materijali: 1. Alatni čelici: a) brzorezni (GOST); b) legirani (GOST); c) ugljenik (GOST); d) legure koje očvršćuju disperziju. 2. Tvrde sinterovane legure (GOST). 3. Mineralna keramika (kermeti). 4. Dijamanti (prirodni i umjetni). 5. Kompoziti supertvrdih sintetičkih materijala (STM). Na izbor materijala utiče vrsta alata, njegova namena, dimenzije i uslovi rada, kao i tehnologija izrade alata. UVOD 9
11 POGLAVLJE 1 ALATNI ČELIK Alati čelici podležu zahtjevima za sljedeće glavne karakteristike: 1. Sposobnost rezanja. 2. Otpornost na crvenu boju (otpornost na toplotu) Otpornost na habanje u hladnim uslovima. 4. Mehanička svojstva. 5. Obradivost na hladno i toplo. Čelici od kojih se izrađuju rezni alati moraju imati: 1) visoku čvrstoću, jer alati doživljavaju velike sile tokom procesa rezanja; 2) visoka tvrdoća, jer se proces rezanja može izvesti samo ako je tvrdoća materijala alata znatno veća od tvrdoće materijala koji se obrađuje; 3) visoka otpornost na habanje, jer trajnost alata zavisi od stepena abrazije reznih ivica; 4) visoka otpornost na toplotu, jer se tokom procesa rezanja oslobađa veliki broj topline, čiji dio ide na zagrijavanje reznih površina alata, a potonje, kada se zagrije, gube svoju prvobitnu tvrdoću i brzo propadaju. Osim toga, ciklično izlaganje temperaturama s povremenim 1 Kvantitativno, otpornost na toplinu karakterizira najviša temperatura, pri zagrijavanju na koju i zadržavanje dovoljno dugo, materijal ne gubi nepovratno svoju tvrdoću, tj. vraća je u prvobitno stanje. vrijednost nakon hlađenja. 10 MODERNIH ALATNIH MATERIJALA
12 sečenje dovodi do iniciranja zamornih pukotina u reznom klinu alata i na kraju do njegovog uništenja (odbijanja). Materijali alata nisu jednako otporni na toplinu: neki gube svojstva rezanja kada se zagriju na temperaturu od C, dok su drugi sposobni rezati na temperaturama do 1000 C ili više. Čelici za mjerne instrumente moraju imati visoku otpornost na habanje, neophodnu da instrumenti zadrže svoju veličinu i oblik tokom rada, kao i dobru obradivost za postizanje visokog kvaliteta površine. Potrebna otpornost na habanje osigurava se kaljenjem i kaljenjem čelika određenih razreda, nakon čega dobivaju visoku tvrdoću i zadržavaju martenzitnu strukturu. U proizvodnji kalupa za hladnu deformaciju čelicima se postavljaju dva glavna zahtjeva: 1. Visoka čvrstoća. 2. Visoka otpornost na habanje. U poređenju sa reznim alatima, tvrdoća delova matrice, u zavisnosti od uslova rada, bira se u širem opsegu (HRC). Čelici od kojih se izrađuje žig za vruću deformaciju moraju imati: 1) visoku čvrstoću potrebnu za održavanje oblika žiga pri visokim specifičnim pritiscima i deformacijama; 2) određena otpornost na toplotu za održavanje povećane čvrstoće pri zagrevanju; 3) viskoznost za sprečavanje lomljenja i lomljenja i postizanje visoke otpornosti na vatru; 4) otpornost na toplotu radi sprečavanja pukotina koje nastaju pri višekratnom smenjivanju grejanja i hlađenja; 5) otpornost na habanje; 6) otpor kamenca (ako je površinski sloj delova štanca zagrejan iznad temperature od 600 C); 7) toplotnu provodljivost za bolje odvođenje toplote koja se prenosi sa radnog predmeta; 8) otvrdljivost se mora postići na cijelom poprečnom presjeku, jer su mnogi dijelovi matrice velikih dimenzija i visoke čvrstoće. POGLAVLJE 1. ALATNI ČELICI 11
13 1.1. UGLJENIČKI ČELIK Na početku mašinstva za izradu reznih alata koristili su se jednostavni ugljični alatni čelici sa udjelom ugljika od 0,65 do 1,35%. Da bi ugljični alatni čelik dobio svojstva rezanja, podvrgava se kaljenju na temperaturi od C (temperatura kaljenja je posebno određena za svaki razred čelika) i kaljenju na temperaturi od C. Potonje se koristi za eliminaciju lomljivosti. U očvrslom stanju, ugljenični alatni čelici imaju strukturu martenzita (hipoeutektoidni i eutektoidni čelik) i martenzita sa viškom karbida (hipereutektoidni čelik) sa malom količinom zadržanog austenita. Priroda raspodjele karbida značajno utječe na svojstva čelika: što je alat bolji, to su karbidi ravnomjernije raspoređeni u strukturi, ili, kako kažu, niža je karbidna heterogenost čelika. Značajno lokalno nakupljanje karbida u čeličnoj konstrukciji onemogućuje izradu visokokvalitetnih alata od nje, jer se rezna površina, zbog povećane krhkosti, ispostavlja neravnomjernom i male čvrstoće. Heterogenost karbida može se eliminisati ili smanjiti kovanjem alatnog čelika pre nego što se od njega napravi rezni alat. Nakon toplinske obrade, ugljični alatni čelici imaju sasvim dovoljnu tvrdoću (HRC), ali je njihova toplinska otpornost niska: nepovratno gube tvrdoću čak i pri relativno niskim temperaturama (C). Osim niske otpornosti na toplinu, značajan nedostatak ugljičnih alatnih čelika je niska kaljivost i neujednačen poprečni presjek, povećana osjetljivost na pregrijavanje i relativno velika površinska dekarbonizacija. Ugljični čelici se dijele na visokokvalitetne i visokokvalitetne. Svaka od ovih grupa ima osam razreda čelika. Hemijski sastav alatnih ugljičnih čelika dat je u tabeli. 2. Kvalitetni ugljični čelik U7, U8, U8G, U9, U10, U11, U12, U13. Visokokvalitetni ugljični čelik U7A, U8A, U8GA, U9A, U10A, U11A, U12A, U13A. 12 MODERNI MATERIJALI ALATA
14 Hemijski sastav ugljičnih čelika za rezne alate prema GOST-u (%) Kvalitet čelika Ugljik Mangan Silicij Krom Visokokvalitetni ugljični čelik U7A 0,65 0,74 0,15 0,30 0,15 0,30 0,15 U8A 0,75 0, 84 0,01 0,5 GA 80 0,90 0,35 0,60 0,15 0.30 0.15 U9A 0.85 0.94 0.15 0, 30 0.15 0.30 0.15 U10A 0.95 1.04 0.15 0.30 0.15 0.30 0.15 U11A 1.5 0.15 0.30 0.15 0 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 Čelik kvalitete ugljika 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 0,50 0.80 . 4 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. 0,20 U12 1,15 1,24 0,15 0,35 0,15 1,35 0,15 0,35 0,15 0,35 0,20 Tablica 2 slova i brojevi u oznaci čeličnih razreda: U Carbon, brojevi koji slijede prosječni je udio u obliku postotka ). Osim toga, čelici sadrže mangan od 0,15 do 0,6%, silicijum od 0,15 do 0,35%, hrom od 0,15 do 0,20%. Čelik sa slovom G sa visokim sadržajem mangana. Visokokvalitetni čelici su čistiji od visokokvalitetnih čelika, odnosno sa manje sumpora, fosfora i drugih nečistoća, kao i nemetalnih inkluzija. Povećanje sadržaja ugljika u čeliku povećava njegovu tvrdoću, ali u isto vrijeme povećava njegovu krtost. Ugljični čelici imaju visoku tvrdoću nakon termičke obrade i nisku tvrdoću u žarenom stanju, što osigurava njihovu dobru obradivost rezanjem i pritiskom (vidi tablicu 3). POGLAVLJE 1. ALATNI ČELIK 13
15 Kvalitet čelika Tabela 3 Standardi tvrdoće za tvrdoću ugljeničnog alatnog čelika HB (ne više) Nakon žarenja, prečnik udubljenja na Dmax = 10 mm i P = 3000 kgf Nakon kaljenja u vodi, temperatura gašenja u C tvrdoća HRC (ne manje) U7 i U7A 187 4, U8 i U8A 187 4, U8G i U8GA 187 4, U9 i U9A 192 4, U10 i U10A 197 4, U11 i U11A 207 4, U12 i U12A 207 4, U13 U7 i U7 grad. , U8, U8GA, U9, U9A koriste se za proizvodnju dlijeta, makaza i pila za rezanje metala i drveta, rezača za obradu bakra i njegovih legura. Čelik razreda U8A i U10A koristi se za proizvodnju proboja, kalupa, makaza i drugih dijelova kalupa. Čelik razreda U10A, U11, U11A, U12 i U12A se koristi za izradu burgija malog prečnika, ureznica, razvrtača, matrici, rezača malog prečnika, testera za metal, listova testere i dleta za sečenje turpija. Alati posebno visoke tvrdoće izrađuju se od čelika razreda U13 i U13A: rezači, dlijeta za zarezivanje turpija, strugači, turpije itd. Ugljenični čelici se isporučuju u žarenom stanju u obliku toplo valjanih, kovanih ili kalibriranih šipki različitih presjeka. ili u obliku traka LEGIRANI ČELIK Tehnološka svojstva alatnih čelika (a uz to i njegove druge kvalitete, uključujući: otpornost na toplinu, tvrdoću i žilavost) se povećavaju kada se u njihov sastav doda jedan ili više sljedećih elemenata: hrom, mangan, volfram, silicijum i vanadijum. Krom osigurava manju heterogenost karbida, bolju kaljivost i duboku kaljivost čelika; 14 MODERNI MATERIJALI ALATA
16 volfram takođe doprinosi ravnomernijoj raspodeli karbida, iako u manjoj meri od hroma, i poboljšava kaljivost i kaljivost čelika; pozitivno dejstvo mangana je da u velikoj meri smanjuje temperaturu gašenja i povećava sposobnost kaljenja; silicij je legirajući element koji odgađa drugu fazu razgradnje martenzita i povećava otpornost čelika na toplinu; vanadij stvara najtvrđe i najotpornije karbide, a također doprinosi proizvodnji sitnozrnate strukture. Alatni čelici, ako sadrže jedan ili više od navedenih elemenata, nazivaju se legiranim alatnim čelicima. Potonji se koriste za proizvodnju reznih alata velikog poprečnog presjeka, kao i onih složenijih oblika; posebno se koriste za izradu svrdla, razvrtača, glodala, provlačenja, slavina i okruglih kalupa za obradu netvrdih materijala (obojeni metali, čelici male čvrstoće i liveno gvožđe). Hemijski sastav najčešćih legiranih alatnih čelika dat je u tabeli. 4 (c). Prilikom proizvodnje reznih alata od legiranih alatnih čelika, oni se podvrgavaju stepenastom kaljenju na temperaturi od C (u zavisnosti od vrste čelika) i kaljenju na temperaturama od C. Još 1960-ih godina. prošlog vijeka, utvrđeno je da je maksimalna količina volframa i mangana koja se može uneti u alatni čelik ako se očvrsne na temperaturi od C: 5...8% i 1,5-2,5%. Kada se dodaju u takvim količinama, ovi metali daju čeliku značajnu otpornost na toplinu kada se zagrije na C i sposobnost stvrdnjavanja kada se hladi ne u posebnim rashladnim medijima, već na zraku. U vezi s ovim posljednjim svojstvom, takav čelik se naziva samootvrdnjavajućim. Ovisno o namjeni i svojstvima, legirani alatni čelici se dijele u dvije grupe: 1. Čelici za proizvodnju reznih i mjernih alata. 2. Čelici za alate sa kalupima. Čelici 1. grupe dijele se na čelike: plitke kaljivosti (7HF, 11H, HV5, V1, F); duboka kaljivost (H, 9HS, HVG, 9HVG, 9H5VF). POGLAVLJE 1. ALATNI ČELICI 15
17 Hemijski sastav alatnog čelika Grade Carbon Mangan Silicon I. Čelik za sečenje a) plitko 7KhF 0,63 0,73 0,30 0,60 0,15 0,35 8KhF 0,70 0,80 0,15 0,40 0 3,09 F 0,50 0,09 0,60 0,15 0,35 11H 1,05 1,14 0,40 0,70 0,15 0,35 13H 1,25 1.40 0.30 0.60 0.15 0.35 HV5 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 0.50 .5 0.50 b ) duboko X 0,95 1,10 0,15 0,40 0,15 0,35 9HS 0,85 0,95 0, 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 8H4V4F1 (RF) 0,75 0,85 4,15 0.4 0.5 II Čelik za a) za deformaciju 9H 0,80 0,95 0,15 0,40 0,25 0,45 H6VF 1,05 1,15 0,15 0,40 0,15 0,35 H12 2,00 2, 20 0,15 h 0,15 h 0,15 K .65 0.15 0.40 0.15 0.35 Kh12F1 1.20 1.45 0.15 0.40 0.15 0, 35 b) za deformaciju 3H2V8F 0,30 0,40 0,15 0,40 0,15 0,40 4H8V2 0,35 0,45 0,15 0,40 0,15 0,35 7H3 0,60 0,75 0,15 0,40 0,15 0,5 0,5 0,5 0,5 . 40 0,15 0,35 5HNM 0,50 0,60 0,50 0,80 0,15 0,35 16 MODERNI ALATNI MATERIJALI
18 legirani čelik (%) Tabela 4 Krom Volfram Vanadijum Molibden Nikl i instrument za merenje otvrdljivosti 0,40 0,70 0,15 0,30 0,40 0,70 0,15 0,30 0,40 0,70 0,04 0,04 0,07 .04 0.03 . 0 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 otvrdnjavanje 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 0,5 0,5 0.5 0.5 . 0 5,50 0,80 1,20 0,15 0,30 4, 00 5,00 4,00 5,00 0,90 1,40 Alat za hladno štancanje 1,40 1,70 5,50 7,00 1,10 1,50 0,5 0,04 13, 00 11,00 12,50 0,15 0,30 0,4 0,6 11,00 12,50 0,70 0,90 vruće 2,20 2,70 7,50 9,00 0,20 0 ,50 7,00 .02 . 3.20 3.80 0.50 0.80 0.15 0.30 1.40 1.80 POGLAVLJE 1. ALATNI ČELICI 17
19 Kvalitet čelika Ugljik Mangan Silicijum 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 0,5 0,60 0,5 0,5 4H5VČFSM 0,35 0,45 0,15 0,40 0,60 1,00 4H3V2F2M2 0,35 0,45 0,30 0,50 0,15 0, 35 4H2V5FM 0,30 0,04 0,5 0,4 0,15 0,35 4H5V2FS 0,35 0,45 0,15 0,40 0,80 1,20 v) za šok 4HS 0,35 0,45 0,15 0,40 1,20 1,60 6HS 0,60 0,04 0,04 0,15 HV2S 0,35 0,44 0,15 0,40 0,60 0,90 5HV2S 0,45 0,54 0,15 0,40 0,50 0,80 6HV2S 0,55 0,65 0,15 0,060 G 0,40 G 0,70 0,90 1, 20 0,15 0,35 Čelici 2. grupe dijele se na čelike: za hladnu deformaciju (9H, H6VF, H12, H12M, H12M1); za vruću deformaciju (3H2V8F, 7H3, 5HNM, 5HNSV, 5HGM); za udaraljke (4HS, 4HV2S, 6HV2S, 6HVG). U oznakama razreda čelika prve znamenke označavaju prosječni sadržaj ugljika u desetinama procenta. Oni možda neće biti naznačeni ako je sadržaj ugljika blizak ili veći od jedan. Slova iza brojeva označavaju: G mangan; C silicij; X hrom; U volframu; F vanadij; N nikal; M molibden. Brojevi iza slova označavaju prosječan sadržaj odgovarajućeg elementa u cijelim procentima. Odsustvo brojeva znači da je sadržaj ovog legirajućeg elementa približno 1%. Sadržaj sumpora i fosfora u čeliku ne bi trebao biti veći od 0,030% (svakog elementa). Legirani čelici, u poređenju sa ugljeničnim čelicima, imaju povećanu žilavost u kaljenom stanju i manje su skloni deformacijama i pucanju tokom kaljenja. Osobine rezanja legiranih čelika su približno iste kao i ugljenični čelici.18 SAVREMENI MATERIJALI ALATA
20 Nastavak tabele. 4 Krom Volfram Vanadij Molibden Nikl 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 0,0 . .30 0.60 0.40 0.60 3.00 3.70 2.00 2.70 1.50 2.00 2.00 2.50 2.00 3.00 4.50 5.50 0.60 1.00 0.60 4,50 5,50 1,60 2,40 0,60 1,00 alat 1,30 1, 60 1,00 1,30 1,00 1,30 2,00 2,50 1,00 1,30 2,00 2,50 13,00 . 0 ,50 0,80 dist instrumental. Imaju nisku otpornost na toplotu (C). Legirani alatni čelici imaju široku primjenu u proizvodnji alata i tehnološke opreme (uređaja). Legirani čelici se koriste za proizvodnju kružnih i tračnih pila, noževa za hladno rezanje metala, bušača, jezgara, glodala i glodala za obradu tvrdih materijala pri malim brzinama rezanja, spiralnih svrdla, slavina, matrica, razvrtača, češljeva, provlačenja. Tvrdoća legiranog čelika u isporučenom stanju (nakon žarenja) i tvrdoća nakon kaljenja moraju biti u skladu sa standardima navedenim u tabeli. 5. Čelik marke 7HF, 8HF i 9HF se koristi za izradu kružnih tračnih testera, noževa za hladno sečenje metala, dleta, bušilica, jezgara i drugih alata koji rade sa udarnim opterećenjima. Čelik marke HV5, 9HS, HVG, V1 i HVSG se koristi za izradu glodala i glodala za malobrzinsko sečenje tvrdih materijala, spiralnih svrdla, slavina, razvrtača, matrica, češljeva, provlačenja. Posebno su rasprostranjeni čelici HVG i 9HS. HVG čelik je kalciniran i malo se deformira, ali je u isto vrijeme osjetljiv na formiranje POGLAVLJE 1. ALATNI ČELIK 19
21 Kvalitet čelika Tabela 5 Standardi tvrdoće za legirani alatni čelik Čvrstoća nakon žarenja HB prečnik udubljenja pri Dball = 10 mm i P = 3000 kgf 7HF Ne više od 229 Ne manje od 4,0 8HF Ne više od 255 Ne manje od 3,8 9HF Ne više od 255 Ne manje od 3.8 Čelik nakon temperature očvršćavanja (C) i medija za očvršćavanje, ulje, voda, ulje, voda, ulje, tvrdoća vode HRC (ne manje) 11H,1 4, ulje 62 13H,9 4, voda 62 HV,6 4 , voda 62 V,0 4, voda 62 F,1 4, voda 62 H,0 4, ulje 62 9HS,9 4, ulje 62 HVG,8 4, ulje 62 9HVG,9 4, ulje 62 HVSG,9 4 , ulje 62 9H5F,9 4, ulje 59 9H5VF,9 4, ulje 59 8H4V4F1(RČ) ,8 4,2 1150, ulje 60 9H,1 4, ulje 62 H6VF,9 4,3 1000, ulje 61 HM , 8 4, ulje 58 H12F,8 4, ulje 58 3H2V8F,8 4, ulje 46 4H8V,8 4, ulje 45 7H,0 4, ulje 54 8H,8 4, ulje 55 5HNM,9 4, ulje 47 5HNV, 8 4, ulje 56 5HNSV,8 4, ulje 56 5HGM,9 4, ulje MODERNI ALATNI MATERIJALI
22 Kvalitet čelika Čelik nakon žarenja tvrdoće NV prečnik udubljenja kod Dball = 10 mm i R = 3000 kgf 4H5V2FS,0 4.5 Nastavak tabele. 5 Čelik nakon temperature kaljenja (C) i medija za gašenje, tvrdoća ulja ili zraka HRC (ne manje) 4H5V4FSM Ne više od 255 Ne manje od 3, ulje 50 4H2V5FM,0 4, ulje 50 4H3V2F2M,7 4, ulje 50 4HS 4, ulje 47 6HS,0 4, ulje 56 5HV2S,8 4, ulje 55 6HVG,1 4, ulje 57 4HV2S,1 4, ulje 53 6HV2S,6 4, ulje od karbidne mreže. Iz tog razloga često dolazi do pucanja i lomljenja rezne ivice alata. Ovaj čelik zahtijeva strogu strukturnu kontrolu u stanju isporuke svake serije radnih komada i nakon stvrdnjavanja svake serije alata. Osim toga, alati izrađeni od HVG čelika koji rade pod visokim specifičnim pritiscima (bušilice, provlačenje, noževi) brzo gube oblik radne ivice (tupe). HVG čelik ne može osigurati visoku izdržljivost alata složenog oblika. 9HS čelik, uz dobru kaljivost, vrlo je otporan na zagrijavanje. Zadržava visoku tvrdoću i otpornost na habanje kada se zagrije na 250 C. Zahvaljujući ravnomjernoj raspodjeli karbida, 9HS čelik se koristi u proizvodnji alata sa tankim reznim rubom. Međutim, 9HS čelik je teško obraditi zbog njegove visoke tvrdoće u žarenom stanju (HB). Osim toga, ima povećanu osjetljivost na dekarbonizaciju, uključujući i zagrijavanje u rastopljenim solima, što zahtijeva pažljivu deoksidaciju taline. Čelik 9HVG se koristi za izradu alata za rezanje krajeva, merača navoja, šablona složenih oblika, složenih i preciznih kalupa za hladnu deformaciju, koji se koriste za GLAVA 1. ALATNI ČELIK 21
23 termička obrada ne smije biti podložna značajnim promjenama zapremine (savijanje). Alati za valjanje navoja, ručne nožne pile, kalupi, bušilice i drugi alati namijenjeni hladnoj deformaciji izrađeni su od čelika klase Kh6VF. Čelici X12M i X12F1 su manje deformisani od ostalih alatnih čelika tokom termičke obrade. Koriste se za izradu kalupa složenog oblika i visoke otpornosti na habanje, standardnih zupčanika, kalupa za valjanje i kalupa za izvlačenje. Od čelika razreda 3H2V8F i 4H8V2 izrađuju se kalupi za brizganje plastičnih dijelova, kalupi za brizganje dijelova od aluminijskih legura. Čelik razreda 7H3 i 8H3 se koristi za izradu matrica za vruće savijanje vijaka na presama i mašinama za horizontalno kovanje sa zamjenjivim radnim umetcima, kalupima i bušotinama za vruće savijanje i obrezivanje. Matrice za čekić srednje i velike veličine proizvode se od čelika razreda 5HNM, 5HNV, 5HNSV i 5HGM. Čelici 4H5V2FS, 4H5V4FSM, 4H2V5FM i 4H3V2F2M2 koriste se za izradu alata za vruću deformaciju nehrđajućih, toplotno otpornih i drugih teško deformirajućih legura, kao i kalupa za brizganje. Čelik marke 4HS, 6HS, 4HV2S koristi se za proizvodnju pneumatskih dlijeta, rezača, makaza za toplo i hladno sečenje metala i delova pečata za hladno deformisanje. Matrice za valjanje navoja i kalupi za brizganje izrađeni su od čelika razreda 5HV2S i 6HV2S. Čelik 5HVG se koristi za izradu proboja složenih oblika za hladno bušenje pretežno oblikovanih rupa u limenom materijalu i malih kalupa za toplo štancanje, uglavnom kada su potrebne minimalne promjene dimenzija tokom termičke obrade. Sve vrste reznih alata za obradu drveta izrađuju se od čelika razreda 9H5F, 9H5VF, 8H4V4F1 i 9H. Izbor višekomponentnih čelika sa visokim sadržajem legirajućih elemenata za alate za obradu drveta uslovljen je intenzivnim radnim uslovima njihovog rada. Korišćen u savremena oprema visoke brzine rezanja (m/s) i posmaci (do 100 m/min) intenzivno troše alat. Habanje se povećava posebno zbog jakog rada- 22 MODERNI MATERIJALI ALATA
24 zagrijavanje alata (iznad 400) prilikom trljanja o drvo. U nekim slučajevima to dovodi do nepovratnih strukturnih promjena u površinskim slojevima oštrice. Izbor materijala alata s vrlo visokom otpornošću na habanje, žilavost, čvrstoću i otpornost na toplinu također je diktiran trenutnom raširenom upotrebom drvne sječke, vlakana i ljepljivih dijelova. Prilikom njihove obrade dolazi do abrazivnog efekta, povećanog savijanja i udarnog opterećenja. Mali uglovi oštrenja značajno smanjuju snagu rezne ivice. Legiranje alatnog čelika sa više elemenata postalo je jedan od glavnih pravaca za poboljšanje njegovih svojstava, jer se kompleks potrebnih svojstava ne može obezbediti samo jednim legirajućim elementom, čak ni u povećanoj količini (6...12%). U sastav čelika se uvode elementi koji efektivno povećavaju otvrdljivost i otvrdljivost (Cr, Mn, Si), elementi koji sprečavaju rast zrna pri zagrevanju i obezbeđuju visoka mehanička svojstva (V, W, Mo). MSTU "STANKIN" kreirao je složeni legirani alatni čelik 7KhG2VM. Prema podacima ispitivanja, čvrstoća čelika 7KhG2VM je 50% veća, a osjetljivost na toplinu je dva puta manja od čelika visokog kroma sa % Cr (Kh6VF i Kh12M). Čvrstoća na udar novog čelika je dva do tri puta veća od čelika Kh6VF i pet do šest puta veća od čelika Kh12M i Kh12F1; Njegova otpornost na habanje je niža od otpornosti na habanje čelika visokog kroma. Otpornost na toplinu čelika 7KhG2VM, koji održava tvrdoću od najmanje HRC57, iznosi 250 C. Osjetljivost na pregrijavanje je beznačajna. Zbog hlađenja na zraku, novi čelik ima manje promjene zapremine od čelika s visokim sadržajem hroma. Čelik 7HG2VM prošao je industrijska ispitivanja u brojnim preduzećima. Od njega su se izrađivali probojci složenih oblika, kalupi za izrezivanje i drugi alati. Deformacija tijekom kaljenja nije prelazila 0,05% (manje od čelika X12M), a otpornost je bila 25% veća. Za čelik 7HG2VM se preporučuju sljedeći načini termičke obrade: izotermno žarenje (zagrijavanje do C, držanje na ovoj temperaturi satima, hlađenje brzinom od 30 stepeni/sat do C, zadržavanje na ovoj temperaturi najmanje POGLAVLJE 1. ALATNI ČELIK 23
25 5 sati, hlađenje brzinom do 30 stepeni/sat do 600 C i dalje hlađenje peći; tvrdoća NV, struktura zrnati perlit); kaljenje na C (niža temperatura omogućava zagrijavanje dijelova u konvencionalnim pećima i kupkama koje se koriste za kaljenje ugljičnih čelika) i kaljenje na C radi dobijanja tvrdoće HRC BRZI ČELIK Brzorezni čelik je čelik koji osim ugljika sadrži i volfram kao legirajući elementi, hrom, vanadijum, molibden, koji nakon termičke obrade formiraju stabilne karbide. Pored elemenata koji stvaraju karbide, neki tipovi brzoreznih čelika sadrže i kobalt. Brzorezni čelici našli su vrlo široku primjenu za proizvodnju širokog spektra alata. To je zbog njihove visoke, u poređenju s drugim alatnim čelicima, otpornosti na toplinu () i visoke tvrdoće nakon termičke obrade (HR C), neki novi tipovi brzoreznih čelika HRC imaju najveću čvrstoću na savijanje od svih alatnih materijala (ó i = MPa) i najveća udarna čvrstoća. Zahvaljujući tome, uspješno konkuriraju tvrdim legurama, pa čak i nadmašuju ih u uvjetima rezanja sa jakim dinamičkim opterećenjima i velikim posmičnim presjecima LEGIRANJE I SVOJSTVA BRZOG ČELIKA Brzorezni čelici sadrže relativno visok sadržaj ugljika (0,7...1,4). % ) i elementi koji tvore karbide: volfram (W), vanadijum (V), molibden (Mo), hrom (Cr). Neki čelici su legirani s prilično velikom količinom kobalta (Co). Priroda utjecaja legirajućih elemenata na svojstva brzoreznih čelika razmatra se u nastavku. Povećanje sadržaja ugljika poboljšava kaljivost čelika, odnosno daje veću tvrdoću nakon termičke obrade, ali blago smanjuje duktilnost. Donedavno se smatralo da je optimalni sadržaj ugljika u brzoreznim čelicima sa 18% volframa 0,7...0,8%. Nedavne studije su utvrdile da sadržaj ugljenika može biti 24 SAVREMENA INSTRUMENTALNA MATERIJALA
26 povećati na 1,3...1,4% bez promjene sadržaja drugih legirajućih elemenata. Istovremeno, tvrdoća čelika raste sa HRC na .5 HRC (u nekim slučajevima i do 68 HRC), a otpornost na toplinu od C do 630 C. Kod takvih čelika nema primjetnog pogoršanja žilavosti, čvrstoće, toplotna duktilnost i zavarljivost. Brušenost se blago pogoršava. Ovo osigurava povećanje vijeka trajanja alata pri obradi, uglavnom obradaka od jednostavnih konstrukcijskih čelika, pri malim brzinama rezanja za približno %. Povećanje sadržaja vanadija pomaže u povećanju otpornosti na toplinu i tvrdoću, dobivajući fino zrnatu strukturu, ali smanjuje brušenje čelika. Sadržaj vanadijuma mora biti u skladu sa sadržajem ugljika koji je potreban za stvaranje vanadijum karbida. Eksperimentalno je utvrđeno da kvantitativni odnos između vanadijuma i ugljenika treba da bude u rasponu od 2...2,7. U modernim brzoreznim čelicima sa % W i visokim sadržajem ugljika, optimalan sadržaj vanadija je oko 3%. Čelik R12F3 ima optimalnu kombinaciju svojstava među svim vanadij čelicima. Sa visokom tvrdoćom HRC, ima povećanu čvrstoću i žilavost, dobra tehnološka svojstva i visoku otpornost na habanje. Alati izrađeni od čelika R12F3, pri obradi materijala sa povećanom abrazivnom sposobnošću pri malim brzinama rezanja, imaju višestruko veću trajnost od alata izrađenih od čelika R18 i R12. Volfram povećava tvrdoću i otpornost na toplinu čelika, ali pogoršava tehnološka svojstva savitljivosti i obradivosti. Trenutno se proizvode čelici koji sadrže 18, 12, 9, 8, 6, 2...0% volframa. U potonjem slučaju, volfram je djelomično ili potpuno zamijenjen molibdenom. Čelici sa 18% volframa su nezamjenjivi pri obradi materijala otpornih na toplinu kada se u zoni rezanja pojave visoke temperature. Ovi čelici su neosjetljivi na pregrijavanje tokom termičke obrade, zbog čega je raspon temperature gašenja za njih prilično širok (10 C). Toplinska obrada takvih čelika je dobro savladana. Međutim, posljednjih godina sve se više koriste čelici legirani molibdenom. To se objašnjava i nedostatkom volframa i nizom vrijednih kvaliteta čelika od molibdena. Molibden povećava čvrstoću i žilavost čelika, poboljšava savitljivost i smanjuje heterogenost karbida. POGLAVLJE 1. ALATNI ČELICI 25
27 Nedostatak molibdenskih čelika je njihova sklonost ka razugljičenju površinskog sloja i pregrijavanju tokom gašenja. Kao rezultat toga, raspon temperature gašenja za ove čelike je uži nego za volframove čelike i iznosi 5 C. Ovi čelici su hirovitiji tokom termičke obrade od volframovih. U našoj zemlji i inostranstvu razvijen je čitav niz volfram čelika (0...8% W). Primjer je domaći čelik R6M5, grupe čelika AT T i M4O (SAD). Ovi čelici se odlikuju velikom tvrdoćom i otpornošću na toplinu pri visoki nivo mehanička svojstva i dobra brusnost. Eksperimentalno je utvrđen optimalan sadržaj volframa i molibdena u brzoreznim čelicima: W + 2Mo =%. Konvencionalni brzorezni čelici sadrže oko 4% hroma. Krom, poput volframa, molibdena i vanadijuma, je element koji stvara karbide. Međutim, on nema tako snažan učinak na svojstva brzoreznih čelika kao gore navedeni elementi. Sada je utvrđeno da smanjenje sadržaja hroma na 2% blago povećava udarnu čvrstoću i pospešuje rafinaciju zrna, ali smanjuje tvrdoću za 1,0...1,5 HRC i smanjuje čvrstoću. Kao rezultat toga, svojstva rezanja ostaju nepromijenjena. Legiranje kobaltom u količini od % osigurava značajno povećanje toplinske otpornosti čelika do C i omogućava postizanje tvrdoće do 70 HRC. Čelici legirani kobaltom su čelici povećane i visoke produktivnosti, jer omogućavaju povećanje brzine rezanja za % u odnosu na čelike normalne produktivnosti (P18, P12), posebno pri rezanju teško rezanih materijala. U prvoj polovini dvadesetog stoljeća ustanovljeno je da ako se temperatura otvrdnjavanja volfram čelika poveća i dovede na približno 1300 C, količina volframa u čeliku može se povećati na %, količina hroma na 4. ,5% i vanadij do 1...1,5%. Takav visokolegirani čelik, koji ima otpornost na toplinu kada se zagrije na temperature od oko 600, omogućio je nekoliko puta povećanje brzine rezanja u odnosu na dopušteni alat izrađen od alatnog ugljičnog čelika. U tom smislu, nazvana je velikom brzinom. Prva marka 26 MODERNI ALATNI MATERIJALI
28 brzorezni čelik na svoj način hemijski sastav odgovara razredu P18 prema GOST-u Nedavno je istraživanje i razvoj novih vrsta brzoreznih čelika provedeno velikim intenzitetom u mnogim zemljama širom svijeta. Kao rezultat toga, pojavili su se čelici legirani kobaltom, koji imaju veću toplinsku otpornost od čelika P18; Postalo je jasno da je volfram moguće djelomično zamijeniti molibdenom (u omjeru od 1% Mo umjesto 4% W) ili vanadijem (u omjeru od 1% V umjesto 8% W) uz istovremeno održavanje toplinske otpornosti. nivo. Utvrđeno je da povećano legiranje čelika vanadijem (do 4...5%) doprinosi povećanju njegove otpornosti na habanje. Toplinska obrada brzoreznog čelika uključuje kaljenje nakon zagrijavanja na temperature reda C (ovisno o vrsti čelika i veličini alata) i naknadno visoko ponovljeno (tri ili četiri puta) kaljenje na C. Nakon takve termičke obrade , tvrdoća alata je HRC, a za čelike sa dodatkom kobalta ili vanadijuma u HRC Strukturu kaljenog i više puta kaljenog brzoreznog čelika čine igličasti martenzit i višak karbida. U cilju daljeg povećanja tvrdoće i otpornosti na habanje površinskih slojeva alata izrađenih od brzoreznih čelika normalne produktivnosti, trenutno se koriste neke dodatne posebne metode hemijsko-termičke obrade (cijanidacija, hromiranje, zasićenje površine ugljikom, sulfidacija , fosfatiranje, kaljenje u atmosferi pare na temperaturi od C, kao i elektroojačanje tvrdim legurama i presvlake kuglicama). Istraživanja su također utvrdila da mali dodaci titana (Ti), bora (B) i dušika (N) samo neznatno povećavaju otpornost čelika na habanje. Aluminij (Al) praktično nema utjecaja na svojstva čelika. U novije vreme pojavljuju se čelici sa dodatkom silicijuma (R8M3K6S) i niobijuma (R3M3FB2) OCENE BRZOG ČELIKA Poslednjih godina u našoj zemlji, kao i u stranim zemljama(SAD, Njemačka, Francuska, Engleska, Švedska, Japan, itd.) proizvodi se veliki broj različitih brzoreznih čelika. Hemijski sastav čelika proizvedenih u našoj zemlji POGLAVLJE 1. ALATNI ČELIK 27
29 prema GOST-u, GOST-u i nekim specifikacijama, prikazan je u tabeli. 6. U njemu su čelici normalne toplotne otpornosti čelici sa toplotnom otpornošću do 620 C, a čelici povećane toplotne otpornosti su čelici sa toplotnom otpornošću C. Tabela 6. Hemijski sastav brzoreznih čelika Sadržaj legirajućih elemenata, % Br. C W Mo Cr V Co Čelici normalne toplotne otpornosti 1. Volfram P18 0,7 0,5 1 3,8 4,4 1 1,4 P12 0,8 0, do 1 3,2 3,7 1,5 1,9 P9 0,85 0,95 8,5 10,1 do 7,4 F (4,1 3,4 do 7,4 F). ) 0,7 0,8 8.5 10 do 1 4 4.6 1.3 1.7 2. Volfram-molibden 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 .8 . M1 (EP344) 0,8 0,9 8,6 3,5 4,1 1,8 2,2 Čelici sa povećanom toplotom Otpornost A. Čelici sa povećanim sadržajem vanadijuma R18F2 0,85 0,5 1 3,8 4,4 1, 8 2,4 R14F4 1,2 1,5 do 1 4 4,6 3,4 4,1 R12F3 (EP597) 0,94 1,5 3,5 ..5 . .5 9 10,5 do 1 3,8 4.4 4.3 5.1 B. Kobaltni čelici 1. Volfram-kobalt R18F2K5 0.85 0.5 1 3.8 4.4 1.8 2.4 5 6 R15F2K5 (EP599) 0.75 0.85 12.5 14 2.5 . 0,5 do 1 3,8 4,4 2 2,6 5 6 R9K10 0,5 do 1 3,8 4,4 2 2,6 9,5 10,5 2. Volfram-molibden-kobalt R6M3K5 (EP515) 0,8 0,9 5,5 6,5 3 3,6 3 3 ,6 2,1 2,5 5 6 5 5 6 3 3 ,6 2,1 2,5 5 5 6 RF 0,5 5 6 5 5 5 6 RF 0,5 5 5 5 6 RF, 5K, 5K, 5K, 5K, 5K, 5K 1,45 1,55 10,5 11,5 do 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, MODERNI INSTRUMENTALNI MATERIJALI
30 Pored čelika navedenih u tabeli. 6, posljednjih godina razvijen je niz novih brzoreznih čelika. Ispod je njihov kratak opis. Čelik visokih performansi R18F2K8M (EP379) ima tvrdoću nakon HRC termičke obrade sa otpornošću na toplinu od 640 C. Prilikom obrade titana i legura otpornih na toplinu, alati od čelika EP379 imaju izdržljivost koja je višestruko veća nego ona izrađena od čelika P18, a pri rezanju navoja i bušenju kaljenog čelika višestruko je veći. Čelik R18F3K8M (EP380) može se kaliti do tvrdoće HRC i ima otpornost na toplinu od 650 C, međutim, ima slabu savitljivost i stoga se može koristiti samo za izradu alata jednostavnih oblika. Sa HRC tvrdoćom, čelik R18F4K8M (EP381) je nešto bolji od prethodnog u čvrstoći i udarnoj žilavosti. Čelik R9F4K8M ima još veća svojstva čvrstoće. Njegova tvrdoća je jednaka HRC. Za obradu austenitnih čelika i legura otpornih na toplinu preporučuje se korištenje čelika R12M3F2K8 (EP657) koji ima tvrdoću do 68,5 HRC i otpornost na toplinu do 640 C s dobrim tehnološkim svojstvima. Čelik R6M5F2K8 (EP658) ima tvrdoću HRC sa otpornošću na toplotu od 640 C i namenjen je za obradu čelika visoke čvrstoće u uslovima udarnog opterećenja. Za istu svrhu preporučuje se i čelik R6M5K14F2 (EP804). Svi ovi čelici razvijeni su na Državnom tehničkom univerzitetu u Sankt Peterburgu. U MSTU "STANKIN" razvijen je niz novih vrsta brzoreznih čelika: R18F2K5M, R12F4K8, R8M3S, R9MChK8 (EP688), R8M3K6S (EP722). EP688 čelik ima tvrdoću do 0,5 HRC, a EP722 čelik ima tvrdoću do 5 HRC. Čelik EP688 se preporučuje za obradu legura otpornih na toplinu, gdje je izdržljivost alata izrađenih od ovog čelika nekoliko puta veća od čelika R18 i R12, te 1,5...2,5 puta veća od onih izrađenih od kobalt čelika R9K5 i R9K10. Alati izrađeni od čelika EP722 preporučuju se za rezanje čelika visoke čvrstoće i legura titana. Nedavno proizvedeni čelici 10R6M5 i 10R8M3 imaju povećanu otpornost na habanje i koriste se za rezanje kaljenih konstrukcijskih čelika tvrdoće HRC.Trajnost alata izrađenih od čelika 10R6M5 pri obradi zareza od mašinskih dijelova čvrstoće u MPa je 1,3...2 puta veća nego od čelika R6M5. Za završnu obradu preporučuje se čelik R6M5F3. POGLAVLJE 1. ALATNI ČELIK 29
31 i poluzavršna obrada legiranih čelika, uključujući teško rezane, nerđajuće i austenitne čelike. Vijek trajanja alata je % veći nego kod čelika R18 i R6M5. Prilikom optimizacije sastava legirajućih elemenata u brzoreznim čelicima, matematičko modeliranje se često koristi za uspostavljanje odnosa sastava i svojstava. Kao ispitivani faktori odabran je sadržaj legirajućih elemenata (ulazni parametri), tvrdoća, čvrstoća, udarna čvrstoća, otpornost na toplinu i habanje su uzete u obzir kao ciljne funkcije (izlazni parametri), a heterogenost karbidne kugle i dubina dekarboniziranog sloja. smatrani su kontrolisanim parametrima. Optimizacija dobijenih modela omogućila je odabir sastava čelika sa sljedećom koncentracijom legirajućih elemenata: 1,05...1,15% ugljika; 1,7...2,2% volframa; 3,3...3,8% molibdena; 5,0...5,5% hroma; 2,5...3,0% vanadijuma; 3,3...3,8% kobalta; 0,7...1,2% silicijum; 0,2...0,5% niobijuma; Čelik je označen kao R2M3F3K3SB. Optimalni način termičke obrade čelika: kaljenje na C i kaljenje dva puta na 560 C u trajanju od 1 h. Nakon obrade, čelik marke R2M3F3K3SB karakterišu sledeća svojstva: tvrdoća HRC, čvrstoća MPa, čvrstoća na udar 0,23...0,28 MJ/ m 2, crvena otpornost HRC 58, karakterizirana tvrdoćom nakon četiri sata zagrijavanja na 630 C. U žarenom stanju, struktura čelika je poligonizirana feritna i karbidna MC, M 6 C i M 23 C 6, čija je distribucija je ujednačeniji nego kod visokolegiranih čelika razreda R6M5K5. Austenizacija na temperaturi od 1220 C ne uzrokuje primjetan rast zrna u čeliku, jer više od 90% viška karbida na bazi vanadijuma i niobijuma MS ostaje neotopljeno i služi kao barijera koja ograničava rast zrna. Kobalt je gotovo u potpunosti sadržan u čvrstoj otopini, ne preraspoređuje se između nje i karbidne faze i ne utječe na količinu potonje. Međutim, kada se temperira, kobalt zajedno sa silicijumom značajno mijenja kinetiku koagulacije karbida. Ovo objašnjava činjenicu da su veličine karbida MC, M 2 C i M 3 C koje se oslobađaju pri kaljenju čelika R2M3F3K3SB znatno manje nego kod većine brzoreznih čelika. 30 MODERNI MATERIJALI ALATA
MSTU im. Bauman Report on zadaća IShth-7 Završio Anastas Konstantinidi Moskva, 2016. Ovaj materijal. Za izradu alata za hladno oblikovanje u zavisnosti od
Predavanje 19 http://www.supermetalloved.narod.ru Alatni čelici 1. Čelici za rezne alate 2. Ugljični alatni čelici (GOST 1435). 3. Legirani alatni čelici 4. Brzi
ALATNI ČELICI Brzorezni čelici SADRŽAJ Str OCJENE I PROGRAM NABAVKE ČELIKA 3 PRIMJENA I IZBOR ČELIKA 4-5 THYRAPID 3202 6 THYRAPID 3207 7 THYRAPID 3243 8 THYRAPID 3245 9 THYRAPID
Predavanje 14 Tehnološke karakteristike i mogućnosti kaljenja i kaljenja 1. Kaljenje 2. Metode kaljenja 3. Kaljenje 4. Krtost kaljenja Stvrdnjavanje Konstrukcioni čelici se podvrgavaju kaljenju i kaljenju radi povećanja
Les_14_TKMiM_1AA_AD_LNA_01.12.2016 Sadržaj 14.1. Istrošenost reznog alata 14.2. Materijali za alat Kontrolna pitanja Zadaci za samostalni rad Spisak referenci 14.1. Istrošenost rezanja
7.3. Klasifikacija i označavanje ugljeničnih čelika Čelik je legura gvožđa i ugljenika koja sadrži manje od 2,14% C. Ugljenični čelici se obično klasifikuju: po sastavu; svrha; struktura; deoksidacija
MINISTARSTVO OBRAZOVANJA RAZANJSKOG REGIJA KREATIVNI PROJEKAT OGBPOU „RAZANSKI ŽELEZNIČKI KOLEŽ“ „Znam, a sada i vi možete saznati“ Samostalan rad studenti nauke o materijalima
Tema 1.1 Materijali alata 1. Prilikom odabira alatnih materijala oni se obično ne upoređuju o po čvrstoći o po tvrdoći o po otpornosti na toplinu o po gustini 2. Tvrdoća supertvrdih alatnih materijala
LABORATORIJSKI RAD 9 TOPLINSKA OBRADA LEGIRANOG ČELIKA: ŽARENJE, NORMALIZACIJA, KALJENJE Svrha rada Proučavanje uticaja legirajućih elemenata na načine termičke obrade čelika, formiranje strukture
Uticaj legirajućih elemenata na strukturu metala Na mehanička, fizička i hemijska svojstva čelika veliki uticaj imaju aditivi legirajućih elemenata: hrom, volfram, molibden, vanadij,
OBRADA METALA REZANJEM: odsecanje sloja metala sa radnog komada u obliku strugotine reznim alatom da bi se dobio potreban geometrijski oblik, tačnost dimenzija i hrapavost površine. Allowance
Karakteristike kriogene obrade tehnološke opreme od različitih čelika U ugljičnim čelicima sa sadržajem ugljika većim od 0,6%, kao rezultat kriogene obrade, tvrdoća se povećava bez obzira na
Toplinska obrada uključuje sljedeće glavne vrste: žarenje prve vrste, žarenje druge vrste, kaljenje bez polimorfne transformacije, kaljenje s polimorfnom transformacijom, kaljenje i starenje. Svaka od ovih vrsta termičkog
32 Evdokimov V.D., Klimenko L.P., Evdokimova A.N. nitrogen. Kaljenje i starenje kaljenih čelika Kaljenje kaljenih čelika je proces zagrijavanja i držanja kaljenog čelika na temperaturi od 2030 C ispod kritične temperature
IZBOR GRUPA ČELIKA I OPTIMALNOG REŽIMA TOPLINSKE OBRADE ZA PROIZVODNJU KUĆANSKIH NOŽEVA. Artyukhina D.A. Samara State Technical University Rusija, Samara IZBOR GRADE
Predavanje 3 Klasifikacija. Materijali za rezne alate 1. Klasifikacija i oznaka alata Svi drvorezni alati se dijele na ručne i mašinske, a prema načinu pričvršćivanja na mašinu
Ministarstvo prosvjete i nauke Ruska Federacija Federalna državna budžetska obrazovna ustanova visokog obrazovanja stručno obrazovanje"SIBIRSKA DRŽAVNA GEODETSKA AKADEMIJA"
Ministarstvo obrazovanja i nauke Ruske Federacije Kaluga ogranak federalnog državnog budžeta obrazovne ustanove više obrazovanje„Moskovski državni tehnički univerzitet
Moskovski državni tehnički univerzitet po imenu. N.E. Bauman Kaluga ogranak E.V. Akulinichev Struktura, svojstva, primjena legiranih čelika. Smjernice To laboratorijski rad By
Velika popularnost takvog materijala kao što je nehrđajući čelik objašnjava se njegovim jedinstvenim karakteristikama koje obične legure ugljičnog čelika nemaju. Zahvaljujući velikom izboru brendova
Predavanje MATERIJALNA ZNANOST. METALNI MATERIJALI. KLASIFIKACIJA METALA. TEHNOLOGIJA ZA PROIZVODNJU MEDICINSKIH PROIZVODA OD METALA Predavač: Natalya Pavlovna Beda 1 Nauka o materijalima Nauka o materijalima je nauka,
Alatni čelik Kvalitet čelika U7, U7A U8 U8, U8A U9, U9A U10, U10A U12, U12A 9H1 HV4F 9HS HVG Zamjena U7A, U7, U10A, U10 U7A, U7, U8A, U8 U11, U11A, UA1, U11A, UA U11 9H2 HVG, HVSG 9HS,
Zadaci ispitivanja Naprezanja koja nastaju pri brzom zagrijavanju zbog neravnomjernog širenja površine i unutrašnjim slojevima nazivaju se 1) unutrašnji rezidualni 2) strukturni 3) toplotni
ISSN 2076-2151. Obrada materijala pritiskom. 2012. 1 (30) 280 UDK 621.735.32 Khvan A. D. ISTRAŽIVANJE UTICAJA PLASTIČNE DEFORMACIJE NA TRAJNOST ALATNOG ČELIKA X12M Povećanje konkurentnosti
Zavarivanje legiranih čelika Ilya Melnikov 2 3 Ilya Melnikov Zavarivanje legiranih čelika 4 LEGIRANI ELEMENTI Legirani čelici se dijele na niskolegirane (sadrže legirajuće komponente,
ZADATAK PROVERE 2.1 Izbor materijala alata za razne vrste obrada i geometrijski parametri glodala tokom tokarenja. Zadatak 1. Odaberite materijal za rezni dio alata
Uticaj hemijskog sastava na mehanička svojstva čelika 24. novembar 2016. Svaki hemijski element uključen u sastav čelika ima svoj uticaj na njegova mehanička svojstva, poboljšavajući ih ili pogoršavajući. ugljik (C),
OBRAZOVNA USTANOVA „MOGILJEVSKA DRŽAVNA MAŠINSKA VIŠA STRUKOVNO-TEHNIČKA KOLEŽA“ VIŠESTUPANSKI TESTOVI iz predmeta „Materijalna nauka“ RAZVIJA I POPUNJAVA Nastavnik
LABORATORIJSKI RAD N10 TOPLINSKA OBRADA LEGIRNIH ČELIKA. ODMOR Svrha rada: Proučiti uticaj temperature kaljenja na strukturne transformacije legiranih čelika i na njihova mehanička svojstva.
3.5. Obrada površinskom plastičnom deformacijom Takve tehnologije uzrokuju otvrdnjavanje površinskog sloja metala u hladnom stanju (mehaničke metode) ili kada se zagrijavaju (termomehaničke metode).
Ministarstvo obrazovanja Ruske Federacije Ruski hemijsko-tehnološki univerzitet po imenu. D. I. Mendeljejeva OSNOVE MATERIJALNOSTI Struktura kristala, fazni dijagrami, označavanje materijala.
V.S. Paleev, 2012 OJSC "Uralmashplant" M.A. Gervasjev, 2012. Federalna državna autonomna obrazovna ustanova visokog stručnog obrazovanja „Uralski federalni univerzitet nazvan po prvom predsjedniku Rusije B.N. Jeljcin" Ekaterinburg TEHNOLOGIJA PROIZVODNJE VALJKA
Ministarstvo prosvete Republike Bjelorusije BELORUSSKI NACIONALNI TEHNIČKI UNIVERZITET Katedra za nauku o materijalima u mašinstvu M.V. Sitkevič TEHNOLOGIJA INSTRUMENTALNIH MATERIJALA Nastavno-metodički
Nerđajući hrom-nikl superaustenitni čelik legiran molibdenom i bakrom Oznaka prema drugim standardima EN 10088-3: 1.4539 / X1NiCrMoCuN 25-20-6 AISI: 904L ASME: 472/649 DIN: 2NC: 2 AF.
Materijali za rezne alate 5.00 /5 (100.00%) 5 glasalo
Materijali za rezne alate.
Sposobnost rezanja alata za struganje određena je fizičkim i mehaničkim svojstvima materijala od kojeg je napravljen. Glavna svojstva koja određuju performanse alata uključuju tvrdoću, otpornost na toplinu, otpornost na habanje, toplinsku provodljivost i ljepljivost.
Tvrdoća materijala od kojeg je napravljen alat mora biti veća od tvrdoće materijala koji se obrađuje. Zbog činjenice da na radni dio alata djeluju značajne sile rezanja, stvarajući deformacije savijanja, materijal alata mora imati čvrstoću. Na tvrdoću i čvrstoću materijala alata značajno utječe omjer legirajućih komponenti i ugljika uključenog u njihov sastav u obliku karbida. S povećanjem broja karbida i smanjenjem njihove veličine zrna, povećava se tvrdoća i otpornost na habanje alata, a snaga se smanjuje.
Određuje se toplinska otpornost alata temperatura iznad koje se tvrdoća smanjuje, a habanje povećava.
Karakterizirana je otpornost alata na habanje otpornost alata na abraziju pod utjecajem sila trenja koje nastaju u procesima rezanja.
Toplotna provodljivost alata određuje se njegovom sposobnošću da ukloni toplinu stvorenu tokom procesa rezanja sa reznih ivica alata. Što je veća toplotna provodljivost, bolje se uklanja toplota sa reznih ivica, čime se produžava životni vek alata.
Adhezivnost alata i materijala koji se obrađuje karakterizira temperatura na kojoj se materijal koji se obrađuje lijepi za rezne rubove alata. Zavisi od molekularnih sila koje se razvijaju pri visokim temperaturama i pritiscima na mjestima kontakta reznog alata s obrađenom površinom. Što je viša temperatura na kojoj se obrađeni materijal lijepi za alat, to je veći kvalitet materijala od kojeg je alat napravljen.
Alati čelici.
Alatni čelici se dijele na:
- ugljenik;
- legirana;
- velika brzina.
Ugljični alatni čelici.
Za izradu reznih alata koriste se ugljični čelik razreda U10A, U11A, U12A i U13A. Slovo U znači da je čelik ugljični alatni čelik. Broj iza slova pokazuje koliko je ugljika u desetinama postotka sadržano u ovom čeliku.
Ako se na kraju naziva čelika nalazi slovo A, to znači da čelik pripada visokokvalitetnoj grupi (U10A; U12A).
Nakon kaljenja i kaljenja, tvrdoća alata izrađenih od ovih čelika je HRC 60-64. Međutim, kada se zagrije na temperature iznad 220-250°C, tvrdoća alata naglo opada. Stoga se takav alat trenutno koristi na strugovima samo za rad koji uključuje male brzine rezanja (određene vrste upuštača, upuštača i razvrtača).
Legirani alatni čelici.
Legirani alatni čelici- to su one u koje se unose posebne nečistoće (legirni elementi) radi povećanja fizičko-mehaničkih svojstava.
Uvođenjem kroma, molibdena, volframa, vanadijuma, titana i mangana povećava se tvrdoća čelika, jer sa ugljikom tvore jednostavne ili složene spojeve (karbide), koji imaju veliku tvrdoću (posebno volfram i vanadijev karbid). Istovremeno, čelik zadržava dovoljan viskozitet. Nikl, kobalt, aluminijum, bakar i silicijum, rastvarajući se u gvožđu, ojačavaju čelik.
Uz odgovarajuću termičku obradu, alat ima tvrdoću HRC 62-64 i zadržava je pri zagrevanju na temperaturu od 250-300°C. Upuštači, razvrtači, slavine, provuci se izrađuju od čelika razreda 9HS, HVG i HV5.
Brzorezni alatni čelici.
Brzorezni alatni čelici- to su legirani čelici sa značajnim sadržajem volframa, kobalta, vanadijuma i molibdena. Zadržavaju tvrdoću HRC 62–64 dobivenu nakon termičke obrade kada se zagrijavaju na temperaturu od 600°C, a neke vrste složenih legiranih čelika zadržavaju tvrdoću čak i kada se zagrije na temperaturu od 700–720°C.
Ove kvalitete brzoreznih čelika omogućavaju povećanje brzine rezanja tokom obrade za dva do tri puta u odnosu na alate izrađene od ugljičnog i konvencionalnog legiranog alatnog čelika.
Sve vrste brzoreznog čelika označene su slovom P (P9, P12, P18), a broj koji se nalazi iza slova P pokazuje prosječan postotak volframa u ovom čeliku.
Široko se koriste brzorezni čelici, koji sadrži 3-5% molibdena (P6M3, P6M5). Ovi čelici su superiorniji u čvrstoći od čelika P18, iako imaju nešto manju otpornost na toplinu. Obično se koriste za alate koji rade u teškim uslovima.
Prilikom obrade legiranih, toplotno otpornih i nerđajućih legura i čelika, efikasno je koristiti brzorezne čelike visokih performansi, koji sadrže vanadij i kobalt (R10KF5, R18K5F2), ili složene legirane čelike (razreda R18MZK25, R18M7K25 i R10M5K). Ako čelik sadrži 10% ili više kobalta, njegova tvrdoća nakon termičke obrade iznosi 67-68 i ostaje do temperature zagrijavanja od 640 - 720°C.
Brzorezni alatni čelici koriste se za izradu glodala, svrdla, upuštača, razvrtača, slavina, kalupa i drugih alata. .
Tvrde legure.
Tvrde legure sastoje se od karbida vatrostalnih metala, koji su ravnomjerno raspoređeni u kobaltnom vezivu. Izrađuju se presovanjem i sinterovanjem. Tvrde legure imaju veliku gustinu i tvrdoću, koja se ne smanjuje čak ni kada se zagreju na 800-900°C. Na osnovu svog sastava, tvrde legure se dijele u tri grupe:
- volfram;
- titan volfram;
- titan-tantal-volfram.
Glavne klase čvrstih legura volframove grupe koje se koriste za proizvodnju reznih alata su VKZ, VKZM, VK4, VK4M, VK6 VK6M VK6V, VK8, VK8V, VK10. U oznaci razreda tvrde legure ove grupe, slovo B označava grupu, slovo K i broj koji slijedi označava postotak kobalta, koji je vezivni metal. Slovo M znači da je struktura legure sitnozrnasta, a slovo B da je krupnozrna.
Tvrde legure grupe titan-volfram.
Tvrde legure grupe titan-volfram sastoje se od zrnaca čvrstog rastvora volfram karbida u titanijum karbidu, viška zrna volfram karbida i kobalta koji je vezivo. Glavne legure ove grupe su T5K10, T5K12, T14K8, T15K6. U oznaci legura ove grupe, broj iza slova T označava postotak titanovog karbida, a broj iza slova K označava postotak kobalta. Ostatak legure su volframovi karbidi.
Tvrde legure grupe titan-tantal volfram.
Tvrde legure grupe titan-tantal-volfram sastoje se od zrna titanijuma, tantala, volfram karbida i veziva, koje se takođe koristi kao kobalt. Ocjene ove grupe legura su TT7K12, TT8K6, TT10K8B i TT20K9. U oznaci ove grupe legura, broj iza slova TT označava sadržaj titanijuma i tantal karbida, a broj iza slova K označava sadržaj kobalta u procentima.
U zavisnosti od sadržaja volfram karbida, titanijum karbida, tantal karbida i kobalta, tvrde legure imaju različita svojstva. Što je više kobalta, to je legura čvršća i bolje je otporna na udarce. Stoga se za proizvodnju alata koji se koriste za grubu obradu koriste legure s visokim sadržajem kobalta. Prilikom obrade čelika koriste se tvrde legure koje sadrže titanov karbid, jer se čelična strugotina manje lijepi za alate napravljene od ovih legura.
Tvrde legure volfram-kobalta.
Prema GOST 3882 - 74, tvrde legure grupe VK (volfram-kobalt) preporučuju se za obradu krhkih materijala (lijevano željezo, bronza). Legure TK grupe (titan-volfram-kobalt) preporučuju se za obradu viskoznih materijala (čelik, mesing). Legure grupe titan-tantal-volfram koriste se u nepovoljnim uslovima rada za alate sa udarnim opterećenjima, prilikom obrade čelični odljevci i otkovke.
Mineralni keramički materijali.
Mineralno-keramički materijali za rezne alate izrađuju se u obliku ploča od aluminijum oksida Al 2 O 3 (aluminijum) presovanjem pod visokim pritiskom nakon čega sledi sinterovanje. Imaju visoku tvrdoću, otpornost na temperaturu (do 1200°C), otpornost na habanje i dovoljnu čvrstoću na pritisak. Nedostaci ovih materijala uključuju visoku krhkost i nisku otpornost na udar. Alati opremljeni mineralnom keramikom obično se koriste u operacijama završne obrade gdje je opterećenje konstantno i gdje nema vibracija.
Sintetički materijali.
Sintetički dijamant Odlikuje se visokom tvrdoćom i otpornošću na habanje, a blago je kemijski aktivan. Ima nizak koeficijent trenja i nisku tendenciju lijepljenja strugotina obrađenog materijala. Nedostaci dijamanta su njegova krhkost i relativno niska temperaturna otpornost (750-850°). Dijamantski rezači se koriste za završnu obradu obojenih metala, legura i nemetalnih materijala.
Kubni bor nitrid (CBN) je sintetički supertvrdi materijal (elbor, kubanit, heksanit) koji se sastoji od jedinjenja bora i azota. Tvrdoća mu je nešto niža od tvrdoće dijamanta, ali je otpornost na temperaturu mnogo veća (1200 – 1300°C). Hemijski je inertan prema materijalima koji sadrže ugljik, pa je pri preradi čelika i lijevanog željeza njegova otpornost na habanje znatno veća od otpornosti na habanje dijamanata. CBN umetci se koriste za opremanje alata za struganje za obradu kaljenog čelika i lijevanog željeza visoke čvrstoće.
Upotreba teško rezanih materijala u industriji i stalno povećanje produktivnosti rada, posebno u procesima rezanja metala, zahtijevaju stvaranje novih metoda obrade i novih metaloreznih alata od efikasnijih alatnih materijala.
Performanse alata u velikoj mjeri zavise od njegove sposobnosti zadržavanja određeno vrijeme svojstva rezanja. Svojstva rezanja pogoršavaju se ne samo pod utjecajem visoke temperature, koja se povećava tijekom procesa rezanja i uzrokuje smanjenje tvrdoće alata, već i pojave kao što su prianjanje, difuzija, abrazivno-mehaničko trošenje rezne ivice i površina alata.
Sposobnost oruđa da se odupre ovim pojavama se naziva otpornost na habanje. Vijek trajanja alata mjeri se vremenom tokom kojeg se njegova svojstva rezanja održavaju pod određenim radnim uvjetima. Da bi se izbjegao prijevremeni kvar rezne ivice, potrebno je da je i materijal alata dovoljno čvrst.
Shodno tome, alatni materijali, bez obzira na njihov hemijski sastav i način proizvodnje, namenjeni za upotrebu kao rezni elementi alata, moraju imati: tvrdoću veću od tvrdoće metala koji se obrađuje; visoka otpornost na habanje; crvena postojanost; mehanička čvrstoća u kombinaciji sa dovoljnom duktilnošću. Navedena svojstva određuju fizičke i mehaničke karakteristike instrumentalnih materijala. Međutim, nemaju svi materijali alata jednako visoka fizička i mehanička svojstva. Oni variraju u zavisnosti od hemijskog sastava, strukturnog stanja, uslova interakcije materijala alata sa metalom radnog komada tokom procesa rezanja i njegove stabilnosti pri promenljivim temperaturama.
Klasifikacija instrumentalnih materijala prema hemijskom sastavu i fizičko-mehaničkim svojstvima
Klasifikacija instrumentalnih materijala prema hemijskom sastavu i fizičkim i mehaničkim svojstvima prikazana je na Sl. 1, iz koje se vidi da su trenutno materijali reznih alata podijeljeni u četiri grupe i razlikuju se u značajnom rasponu.U skladu s tim, različiti rezni materijali trebaju imati svoja racionalna područja primjene.
Slika 1. Klasifikacija savremenih alatnih reznih materijala Materijali koji pripadaju grupama II - IV imaju povećana svojstva rezanja i stoga su progresivni.
Progresivni rezni materijali, zbog svoje povećane otpornosti na toplinu i otpornosti na habanje, u poređenju sa alatnim čelicima, osiguravaju, pri rezanju alatom, rad pri većim brzinama rezanja, obradu metala visoke tvrdoće, što doprinosi povećanju produktivnosti rada i efikasnosti. tehnološki proces. Produktivnost procesa obrade ne zavisi samo od brzine rezanja, već i od brzine pomaka i dubine rezanja. Ovi parametri određuju područje rezanja i, shodno tome, silu rezanja koja djeluje na rezni dio alata, uzrokujući složena naprezanja u reznom klinu. Stoga, jedan od glavnih mehaničke karakteristike materijal za rezanje alata je čvrstoća na savijanje. Međutim, u prirodi ne postoje materijali koji imaju i visoku tvrdoću, otpornost na habanje i čvrstoću.
Relativni raspored materijala alata u smislu otpornosti na habanje i čvrstoće prikazan je na Sl. 2.
Slika 2. Relativni raspored reznih materijala prema njihovoj otpornosti na habanje i čvrstoći na savijanje, čiji dizajn uzima u obzir fizička i mehanička svojstva materijala i faktore načina rezanja. Naučnici za materijale rade na stvaranju novih materijala i poboljšanju postojećih u pravcu istovremenog povećanja gore navedenih svojstava materijala.
Studenti alatničari i tehnolozi suočeni su sa zadatkom racionalnog odabira reznog materijala za određeni alat i vrstu obrade.
Glavna nedavna dostignuća u oblasti naprednih materijala za rezanje uključuju:
- poboljšanje kvaliteta metal-keramičkih volfram-titan-kobalt tvrdih legura;
- razvoj tvrdih legura s malo volframa;
- razvoj i unapređenje tvrdih legura bez volframa;
- povećanje sposobnosti rezanja legura nanošenjem premaza titanijum karbidom, titan nitridom, karbonitridima i oksidima različitih metala;
- razvoj i unapređenje oksidno-karbidne mineralne keramike;
- stvaranje polikristala sintetičkih supertvrdih materijala na bazi ugljika i borovog nitrida.
Kvaliteta materijala alata određena je kompleksom mehaničkih i fizičko-hemijskih svojstava:
- vlačna čvrstoća pri jednoosnom zatezanju i kompresiji;
- temperaturna zavisnost granice tečenja ili tvrdoće;
- temperaturna zavisnost granice izdržljivosti;
- temperaturna zavisnost intenziteta adhezije sa obrađenim materijalom;
- modul elastičnosti, temperaturni koeficijent linearne ekspanzije, Poissonov koeficijent;
- termička i termička difuzivnost;
- temperaturna zavisnost brzine međusobnog rastvaranja instrumentalnih i obrađenih materijala;
- temperaturna zavisnost brzine oksidacije.
Poređenje osnovnih fizičko-mehaničkih svojstava grupa reznih materijala dato je u tabeli. 1. Kermeti, koji imaju srednje karakteristike rezanja između karbidnog i brzoreznog čelika, nisu uključeni u tabelu. 1.
| Materijal | Gustina?, 10 3 kg/m 3 | Mikrotvrdoća HV,10 7 Pa | Kompresivna snaga? szh. MPa | Snaga savijanja? od, MPa | Modul uzdužne elastičnosti E, GPa | Toplotna provodljivost, W / (m* K) | Otpornost na toplotu, °C |
| Tvrde legure | 11…80 | ||||||
| Mineralna keramika: oksid | |||||||
| oksid-karbid | |||||||
| Supertvrdi kubni bor nitrid | |||||||
| sintetički dijamant |
Novi materijali za alat obično imaju ograničen opseg primjene - tako da će nadopuniti, a ne zamijeniti, glavne vrste alatnih materijala. Složenost procesa formiranja strugotine, posebno u prekidnim uslovima rezanja i na visokim temperaturama, trenutno nam ne dozvoljava da predvidimo sposobnost rezanja novih alatnih materijala u svim uslovima obrade.
Poboljšani postojeći i stvoreni novi progresivni materijali za sečenje imaju povećana svojstva rezanja i omogućavaju obradu svih konstrukcijskih materijala rezanjem.
