Инструментальные стали и твердые сплавы.

Инструментальные стали применяют для изготовления трех ос­новных групп инструмента: режущего, измерительного и штампов. В связи с условиями работы инструмента к инструментальным ста­лям предъявляют определенные требования.

Сталь для режущего инструмента (резцы, сверла, метчики, фрезы, протяжки и др.) должна обладать высокой твердостью, превышающей твердость обрабатываемого материала; износостойкостью; теплостойкостью, т. е. способностью стали со­хранять при нагреве рабочей кромки, возникающем в эксплуата­ции, структуру и свойства, необходимые для резания.

Измерительный инструмент (гладкие и резьбовые калибры и др.) служит для проверки размеров изготовляемых деталей.

Сталь для измерительного инструмента должна быть твердой и длительное время сохранять размеры и форму инструмента.

Штампы служат для деформирования металла в.холодном и го­рячем состояниях.

Сталь для штампов холодного деформиро­вания (вытяжные, гибочные, высадочные штампы, дыропробив­ные пуансоны, ролики для накатывания резьбы и др.) должна иметь высокую твердость, износостойкость и достаточную вязкость.

Сталь для штампов горячего деформи ро в а н и я (ковочные, прошивные, обрезные штампы и др.) должна иметь высокие механические свойства, которые должны сохра­няться и при повышенных температурах, глубоко прокаливаться и обладать стойкостью против разгара.

Разгаростойкость характеризует устойчивость стали против образования поверхностных трещин при многократном нагреве и охлаждении.) В связи с различными условиями работы инструментальные стали по назначению делят на следующие группы: стали для режу­щих инструментов; стали для измерительных инструментов; штамповые стали.

В особую группу инструментальных материалов входят так называемые твердые сплавы, применяемые для инструмента, рабо­тающего при особо высоких скоростях резания.

Стали для режущих инструментов.Режущий инструмент изготовляют из углеродистых, легирован­ных и быстрорежущих сталей.

Углеродистые стали. Это стали марок У9 (0,9% С), У10 (1,0% С), У11 (1,1% С), У12 (1,2% С).

Для получения высокой твердости (HRC60—64) эти стали закаливают в воде с 770—810° С, но, не­смотря на быстрое охлаждение, инструмент прокаливается на не­большую глубину — диаметром до 10—12 мм.Высокая твердость закаленной стали сохраняется при нагреве (отпуске) до 200° С. При более высоких температурах нагрева (выше 200° С) твердость значительно понижается.

Поэтому инструмент, изготовленный из углеродистых инстру­ментальных сталей, должен работать в таких условиях, чтобы в про­цессе работы режущая кромка не нагревалась до температуры выше 200° С.

Сталь У9 применяют для ножовочных полотен и деревообраба­тывающего инструмента (сверла, фрезы, ножи и др.). Стали У10, У11, У12 — для различного металлорежущего инструмента (свер­ла, метчики, развертки, фрезы, плашки и др.), напильников. Сталь У13 — для бритвенных ножей, лезвий острого хирургического инструмента, напильников.

Легированные стали. По сравнению с углеродистыми легированные стали 9ХФ, 11ХФ, 13Х имеют следующие преимущества:; большую прокаливаемость (возможность применения для инструмента большего сечения); большую пластичность в отож­женном состоянии; возможность применения при закалке более умеренных охладителей — масла, горячих сред (меньшая деформа­ция инструмента); более высокую прочность (при изгибе) в зака­ленном состоянии; более высокие режущие свойства; более постоян­ные и однородные свойства в разновременно обрабатываемых пар­тиях инструмента.Назначение этих сталей следующее: 9ХФ — для круглых и ленточных пил, для ножей при холодной резке металла; 11ХФ — для метчиков и другого режущего инструмента диаметром до 30 мм, закаливаемого с охлаждением в горячих средах; 13Х — для брит­венных ножей и лезвий, острого хирургического инструмента, шаберов, гравировального инструмента.

Основной легирующий элемент в сталях X, 9ХС, ХВГ, ХВСГ — хром. Сталь X легирована только хромом. Повышенное содержание хрома значительно увеличивает прокаливаемость. Сталь X прока­ливается в масле насквозь в сечении до 25 мм (твердость в сере­дине не ниже HRC60), а сталь УК) только в сечении до 5 мм. При­меняют сталь X для токарных, строгальных и долбежных резцов в лекальных и ремонтных мастерских. Сталь 9ХС кроме хрома легирована кремнием. По сравнению со сталью X она имеет боль­шую прокаливаемость — до 35 мм; повышенную теплостойкость до 250—260° С (сталь X до 200—210° С); лучшие режущие свой­ства; более равномерное распределение карбидов. Из стали 9ХС изготовляют сверла, развертки, фрезы, метчики, плашки.

Сталь ХВГ легирована хромом, вольфрамом и марганцем. Она имеет большую прокаливаемость, чем сталь 9ХС, — до 45 мм. Являясь малодеформирующенся сталью, глубоко прокаливающейся, сталь ХВГ применяют для крупных и длинных протяжек, длинных метчиков, длинных разверток и т. п.

Сталь ХВСГ — сложнолегированная сталь и по сравнению с 9ХС и ХВГ лучше закаливается и прокаливается. При охлаждении в масле она прокаливается насквозь в сечении до 80 мм. Она меньше чувствительна к перегреву. Теплостойкость ее такая же, как у стали 9ХС. Сталь ХВСГ применяют для круглых плашек, разверток, крупных протяжек и другого режущего инструмента.

Быстрорежущие стали. Эти стали широко приме­няют для изготовления разнообразного режущего инструмента, работающего при высоких скоростях резания, в тяжелых условиях. Качество резцов, сверл и других инструментов зависит от качества быстрорежущей стали, тщательности и правильности изготовления инструмента и от его правильной термической обработки. Это стали марок Р18,Р12,Р6М5,Р14Ф4 и др. Быстро­режущие стали являются сложнолегированными и в их состав входят Cr,W,V.Mo,Co. Например, в состав Стали Р18 входят: С-0,7-0,8%, Cr- 3,8- 4,4%,W-17,0-18,5%, V-1,0-1,4%.Быстрорежущие стали имеют высокую теплостойкость (до 620—640° С) и износостойкость. Более высокую теплостойкость имеют стали с повышенным содержанием ванадия и кобальтовые стали.

Твердость быстрорежущей стали после термообработки НВ207—255.

Штамповые стали. Штамповые стали делят на стали для инструментов холодного и горячего деформирования.

Стали для инструментов холодного де­формирования. Штампы небольших размеров (диаметром 25—30 мм), простой формы, работающие в легких условиях, изго­товляют из углеродистых сталей У10, У11, У12. Штампы диаметром 75—100 мм более сложной формы и для более тяжелых условий ра­боты изготовляют из сталей повышенной прокаливаемости X, ХВГ.

Для изготовления инструмента, который должен иметь высо­кую твердость и повышенную износостойкость, а также малую деформируемость при закалке, применяют стали с высокой прока-ливаемостью и износостойкостью, например сталь Х12Ф1 (1,25— 1,45%С; 11—12,5% Сг; 0,7—0,9% V). при температуре 475—500° С, в результате которого размеры увели­чиваются и достигают заданных. Для инструмента, подвергающегося в работе большим ударным нагрузкам (пневматические зубила, обжимки, ножницы при холод­ной резке металла), применяют стали с меньшим содержанием углерода, повышенной вязкости 4ХС, 6ХС, 4ХВ2С и др. Эти стали закаливают в масле с температуры 840—900° С (в зависимости от стали) и отпускают при температуре 240—270° С с получением твердости HRC50—55.

Стали для инструментов горячего деформиро­вания. Стали 5ХНМ, 5ХГМ, 5ХНВ, применяемые для изготовления молотовых штампов, содержат одинаковое количество (0,5—0,6%) углерода и легированы хромом. Такое содержание углерода позво­ляет получить достаточно высокую ударную вязкость, а хром повы­шает прочность и увеличивает прокаливаемость. Никель вводят в эти стали с целью повышения вязкости и улучшения прокаливае-мости. Вольфрам и молибден повышают твердость и теплостойкость, уменьшают отпускную хрупкость, измельчают зерно и уменьшают склонность стали к перегреву. Марганец, как более дешевый леги­рующий элемент, является заменителем никеля.

Стали ЗХ2В8Ф, 5ХЗВЗМФС и другие применяют для вытяжных и высадочных штампов, а также пресс-форм для литья под давлением. К этим сталям предъявляют повышенные требования по теплостой­кости.

Инструментальные спеченные твердые сплавы

Эти сплавы состоят в основном из карбида вольфрама WC. Твердость карбида вольфрама очень высокая, но в то же время он очень хрупкий. Для применения карбида вольфрама в качестве ма­териала для режущих инструментов порошок карбида вольфрама прессуют и спекают при высокой температуре (1400° С) с порошком кобальта; при этом кобальт является пластичной связкой для кар­бида вольфрама.

Вольфрамокобальтовые твердые сплавы усовершенствованы вве­дением в них карбида титана TiC и карбида тантала ТаС.

Вольфрамотитанокобальтовые твердые сплавы получают прессо­ванием и спеканием порошков карбида вольфрама, карбида титана и кобальта. Высокие твердость [HRA85—90 (HRC66—76)] и тепло­стойкость (до 900—1000° С) этих сплавов позволили значительно увеличить скорости резания. Так как спеченные твердые сплавы содержат дорого­стоящие элементы — вольфрам, титан, кобальт, — они очень до­роги. В целях экономии спеченные твердые сплавы изготовляют в виде пластин. Пластины в качестве режущей части инстру­мента напаивают (обычно медью) на державку из углеродистой стали.

Спеченные твердые сплавы делят на три группы: вольфрамоко­бальтовые группы В К [например, ВК2 (98% WC и 2% Со), ВК8 (92% WC и 8% Со)] для обработки чугуна, цветных металлов и сплавов, неметаллических материалов; вольфрамотитанокобальто­вые группы ТК [например-, Т5К10 (85% WC, 5% TiC, 10% Со), Т30К4"(66% WC, 30% TiC, 4% Со)] и вольфрамотитанотанталоко-бальтовые группы ТТК [сплав ТТ7К12 (81% WC, 4% TiC, 3% ТаС, 12% Со] для обработки стали.

Дата добавления: 2015-08-10