Высоколегированные инструментальные стали (быстрорежущие).

Из этих сталей изготавливают около 60% всего лезвийного инструмента.

Различают быстрорежущие стали нормальной (группа А) и повышенной (группа Б) теплостойкости. Согласно классификации ИСО это HSS быстрорежущие стали обычной производительности. HSS-E – быстрорежущие стали повышенной производительности:

- группа А (HSS) – марки Р9, Р18, Р6М5 – для резцов, фрез, свёрл, зуборезного инструмента, теплостойкость сталей до 600С, могут работать на скоростях до 40 70м/мин, твердость после закалки HRC 62¸65;

- группа Б (HSS-E) – марки Р9Ф5, Р9К5, Р18Ф2 – применяют для изготовления инструментов, работающих в условиях прерывистого резания, вибраций, при чистовой обработке, при обработке труднообрабатываемых сталей и сплавов. Их теплостойкость 650°С. Стойкость инструментов из быстрорежущих сталей по сравнению с углеродистыми выше более чем в 2 раза. Недостатки: хуже обрабатываемость резанием и при термической обработке; содержание дефицитных компонентов (вольфрам, ванадий, молибден, кобальт), высокая стоимость.

Инструментальные твердые сплавы. Представляют собой твердый раствор карбидов вольфрама, титана, тантала в металлическом кобальте (в качестве связки может использоваться никель, молибден).

Твердые сплавы ввиду их высокой стоимости выпускают в виде пластинок, которые изготавливаются методом порошковой металлургии с последующим креплением к инструменту механическим способом или пайкой заготовок. Цельноспеченными из пластифицированных заготовок выпускают мелкоразмерные твердосплавные инструменты. Цифры в обозначении марок твердых сплавов обозначают процентные содержания кобальта, карбида титана, карбидов титана и тантала, остальные карбиды вольфрама.

Различают четыре группы инструментальных твердых сплавов, отличающихся как химическим составом, так и характеристиками:

- однокарбидные – группа ВК – вольфрамокобальтовые (ВК2, ВК3, ВК3М, ВК6В, ВК10ОМ). Буквы после последней цифры означают зернистость;

- двухкарбидные вольфрамо-титано-кобальтовые (Т5К10, Т15К6, Т30К4). Цифры означают процентные содержания составляющих;

- трёхкарбидрые вольфрамо-титано-тантало-кобальтовые (ТТ7К10, ТТ12К8);

- безвольфрамовые – не содержат вольфрама, карбид вольфрама заменен карбидом титана с добавками молибдена, никеля. Они дешевле, обладают пониженной теплопроводностью и более высоким коэффициентом теплового линейного расширения, что приводит к снижению скоростей резания до 120-150 м/мин.

Сравнительная характеристика групп твердых сплавов представлена в таблице 2.1.

Для повышения эксплуатационных характеристик твердых сплавов на пластины наносят одно- и многослойные покрытия из карбидов, нитридов, силицидов тугоплавких металлов, что позволяет увеличить их износостойкость, термостойкость, снизить коэффициент трения рабочих поверхностей лезвия и повысить стойкость в 2-3 раза, а скорость резания на 25-30%.

Таблица 2.1 – Характеристика твердых сплавов

Минералокерамика (оксидная керамика). Прессованный материал на основе оксида алюминия (до 99%) с легирующими добавками окиси цинка, магния, марганца и др. имеет высокую твердость HRA 92-93, износостойкость и теплостойкость (до 1200°С), что дает возможность работать на скоростях резания по стали до 350 м/мин. Недостатки: низкая прочность на изгиб, малая ударная вязкость. Применяют на чистовых обработках при безударных нагрузках и без охлаждения, при высокой жесткости СПИД, преимущественно при точении крупных валов. Наибольшее распространение получили марки ЦМ-332, ВО-13, ВОК-63, ВШ75.

Применяют в виде пластин, механически закрепляемых на токарных резцах и ножах торцевых фрез.

Металлокерамика – оксидно-карбидная керамика. С целью повышения механической прочности в оксидную керамику добавляют различные тугоплавкие соединения (карбиды вольфрама, титана, молибдена, хрома и др.). Этот инструментальный материал называют еще керметами («карбонит», В3 и др.).

Применяют также оксидно-нитридную керамику марки «картинит» (оксид алюминия и нитрид титана), «силинит» (оксид аммония и нитрид кремния) с легированием оксидом иттрия, цирконием и др., применяют при фрезеровании отбеленных чугунов, труднообрабатываемых сталей и сплавов. Скорость резания при чистовых операциях на стали может достигать 900ч1000 м/мин.

Сверхтвёрдые материалы. К ним относятся естественные и синтетические алмазы, кубический нитрид бора (КНБ).

Алмазный инструмент применяют для финишной обработки.

Природные алмазы (А) и синтетические алмазы (АС, баллас-АСБ, АСБ-6, АСПК-карбонадо и др.) применяют для оснащения лезвийных и абразивных инструментов.

Для лезвийных инструментов используют естественные алмазы величиной 0,3÷0,75 карата. Кристалл алмаза припаивают или зачеканивают во вставку, которую затем крепят к инструменту. Алмаз обладает высокой износостойкостью, хорошей теплопроводностью, низким коэффициентом трения, малой адгезионной способностью к металлам, кроме сплавов железо-углерод. Кристаллы природных алмазов обладают большой анизотропией и при надлежащей кристаллографической ориентации имеют очень высокую стойкость.

Синтетические алмазы имеют поликристаллическое строение и обладают изотропностью механических свойств. Применяют для обработки полупроводниковых материалов, керамики, стеклопластиков, пластмасс.

Балласы применяют для оснащения режущей части резцов, свёрл, фрез, а также для изготовления шлифовальных кругов, абразивных брусков.

Алмазная финишная обработка применяется взамен тонкого шлифования, обеспечивает высокую точность и качество поверхности. Твердость алмаза в 6-7 раз выше, чем у твердых сплавов, теплостойкость 700°С, скорость резания 250÷400 м/мин.

Кубический нитрид бора (КНБ) – эльбор, боразон и др. Это искусственный кристаллический материал, который содержит около 44% бора и 56% азота. КНБ с добавками оксида алюминия – композит. Твердость КНБ составляет 8500-9400 кг/мм², δ _u =1000Мпа, теплостойкость 1200-1300°С, однако теплопроводность в 3 раза ниже, чем у алмаза, работают на скорости ѵ _рез =250-600 м/мин по чугуну и сталям.

Применяется при чистовом точении, фрезеровании высокопрочных чугунов, закаленных сталей (60-120 м/мин). На обычных скоростях резания стойкость инструмента с КНБ в 30-40 раз твердосплавных. Эффективны при замене шлифования лезвийной обработкой закаленных сталей. Кристаллы КНБ запаивают в «тело» резца (вставки), а затем затачивают алмазным кругом.