Инструментальные материалы.

Рабочая часть режущих инструментов, в том числе и резцов, должна обладать высокой твердостью, высокой теплостойкостью (способностью не терять твердости при нагреве), хорошей износостойкостью (способностью сопротивляться истиранию), а также вязкостью (сопротивлением ударной нагрузке).

Для изготовления резцов ранее широко применялись быстрорежущие стали. Для инструментов, работающих на высоких скоростях, используют металлокерамические твердые сплавы, минералокерамику и сверхтвердые вещества CBN

Углеродистой инструментальной называется сталь с содержанием углерода от 0, 7% и выше. Инструментальные углеродистые стали обозначаются буквой " У", за которой следует цифра, означающая долю содержания углерода в стали, делённую на 10; например, сталь У10 содержит 1% углерода. Марка высококачественной стали с пониженным содержанием примесей содержит в своём обозначении букву " А", например У10А.

Инструментальные легированные стали обозначаются цифрой характеризующей содержание углерода в десятых долях (если цифра отсутствует, содержание углерода 1%), далее идут буквы соответствующие легирующим элементам:

· Х - хром

· С - кремний

· Г - марганец

· В - вольфрам

· Ф - ваннадий

и цифры, характеризующие содержание элемента в процентах. Например -9ХС, ХВГ и т. д.

Быстрорежущая сталь - это высоколегированная сталь, применяемая, главным образом, для изготовления режущего инструмента, работающего на скоростях, в 3-4 раз больших, чем инструмент из углеродистой инструментальной стали. Такая скорость обусловлена большей износостойкостью стали.

Быстрорежущие стали обозначаются буквами, соответствующими карбидообразущим и легирующим элементам:

· Р - вольфрам

· М - молибден

· Ф - ванадий

· А - азот

· К - кобальт

· Т - титан

· Ц - цирконий

За буквой следует цифра, обозначающая среднее содержание элемента в процентах (содержание хрома до 4% в обозначениях не указывается). Цифра, стоящая в начале названия марки стали, указывает содержание углерода в десятых долях процента. Например, сталь марки Р6М5 содержит 6% вольфрама и 5% молибдена.

Твёрдые сплавы стандартных марок выполнены на основе карбидов вольфрама, титана и тантала. В качестве связки используется кобальт.

В зависимости от состава карбидной фазы и связки обозначение твёрдых сплавов включает буквы, характеризующие карбидообразующие элементы:

· В - вольфрам

· Т - титан

· ТТ - (второе " Т") тантал

· К - кобальт

Массовые доли элементов выражаются в процентном отношении, сумма их составляет 100%. Например, марка ВК8 (однокарбидный сплав) содержит 8% кобальта и 92% карбидов вольфрама; марка Т5К10 (двухкарбидный сплав) содержит 5% карбидов титана, 10% кобальта и 85% карбидов вольфрама; марка ТТ8К6 (трёхкарбидный сплав) содержит 6% кобальта, 8% карбидов титана и тантала, 86% карбидов вольфрама.

Международная система классификации твердосплавных пластин характеризуется по областям применения в зависимости от обрабатываемого материала Р; М; К; N; S; H.

Группы применения обозначаются буквой основной группы резания и числовым индексом, который характеризует изменение вида обработки, режима резания и свойств твердого сплава. Чем выше число индекса в обозначении группы применения, тем ниже износостойкость твердого сплава и допускаемая скорость резания, но выше прочность твердого сплава и допускаемая подача и глубина резания при обработке резанием.

Кроме этого указывается и область применения пластин по видам обработки: Т - точение, М - фрезерование, D - сверление. Так, например, пластина со сплавом ТР1000-применяется для износостойкого (10) точения (Т) по стали (Р). Ниже показана величина и состав износостойкого покрытия сплава.

Пластины со сплавом МК2500 – для получистового (25). фрезерования (М) чугуна (К). Пластина МР1500-для чистового (15) фрезерования (М) стали (Р). и т. д.

Ниже показана схема получения твердосплавных пластин, их прессования, спекания и нанесения износостойкого покрытия.

Рис. 7. Схема получения твердосплавных пластин.

Следует отметить, что сменные неперетачиваемые пластины (СНП) маркируются по международной системе стандартизации ISO

Как же получают твердосплавные неперетачиваемые пластины? На приведенных ниже рисунках показан технологический процесс получения твердого сплава и его покрытие как CVD, так и PVD.

В настоящее время в механообработке все большее применение находят такие инструментальные материалы, как минералокерамика (основа AL₂O₃) и сверхтвердые материалы СВN (основа - кубический нитрид бора – эльбор, композит, гексанит и т. д.).

Рис. 8. Примеры использования инструмента с CBN

Рис.9. Инструментальные материалы ведущих мировых фирм производителей режущего инструмента.

Все большее и больше твердосплавных пластин покрываются различными видами износостойких покрытий. Так, покрытие CVD – химическое покрытие, которое характеризуется тем, что производится при высокой температуре 800-1000⁰С, имеет хорошую адгезионную стойкость, однако им нельзя покрывать острые кромки. Покрытие PVD – физическое покрытие, которое производится при более низкой температуре – 400-600⁰С, имеет несколько меньшие адгезионные свойства, зато имеется возможность покрывать острые режущие кромки.

Рис.10. Виды износостойких покрытий и область применения их.

Толщина покрытия варьируется в пределах 1-20мкм, при этом наблюдается повышение износостойкости в 1, 5-2 раза. Покрытия бывают одно, двух и трехслойными.

Рис. 11. Химический состав трехслойного покрытия твердосплавной пластины.