Главная  Промышленность 

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 [ 53 ] 54 55 56 57 58 59 60 61

Раздел третий Инструментальные материалы

Инструментальные материалы подразделяют на стали, твердые сплавы и сверхтвердые материалы-алмаз и кубический нитрид бора. Наиболее обширную и важную в практическом отношении группу составляют инструментальные стали. Они предназначены для изготовления инструментов четырех типов: 1) режущих; 2) измерительных; 3) штампов холодного деформирования; 4) штампов горячего деформирования.

Номенклатура и условия работы инструментов каждого типа отличаются большим разнообразием. Только режущих инструментов существует более тысячи типоразмеров. Характерным условием для эксплуатации инструментов (особенно режущих и штамповых) являются высокие контактные давления на рабочую кромку, вызывающие их изнашивание. Оно в большинстве случаев сопровождается разогревом контактной поверхности до нескольких сотен градусов Цельсия. В связи с этим важнейшее условие работоспособности инструментов-высокая износостойкость материала, из которого они изготовлены. Для того чтобы исключить пластическое течение рабочих кромок, инструментальный материал должен обладать высокой твердостью (в 2-3 раза большей, чем у обрабатываемого материала) и теплостойкостью. Под теплостойкостью понимают способность материала сохранять высокую твердость при повышенных температурах. Для сталей теплостойкость определяется сопротивлением разупрочнению при отпуске. Она оценивается наибольшей температурой нагрева, до которой сохраняется мартенситная структура и свойственные

ей высокие твердость и износостойкость. Работе многих инструментов сопутствуют также высокие статические напряжения, чаще всего изгиба или кручения. Для того чтобы исключить поломку инструментов от этих напряжений, материал должен обладать высокой прочностью.

Для штампов, фрез и других инструментов характерно ударное нагружение. Для них важное значение имеет вязкость материала.

Необходимый уровень каждого из основных свойств (износостойкость, теплостойкость, прочность и вязкость) для инструментов различных типов различен. Причем требуемое сочетание отдельных свойств (например, высокой твердости и вязкости) во многих случаях трудно обеспечить. Предпочтение отдается одному или нескольким основным свойствам, которые в наибольшей степени отвечают за работоспособность инструментов данного типа.

Кроме служебных свойств для инструментальных сталей большое значение имеют технологические свойства: прокаливаемость, малые объемные изменения при закалке, обрабатываемость давлением, резанием, шлифуемость.

Для инструментов различных типов применяют разные материалы. В большинстве случаев это высокоуглеродистые стали-заэвтектоидные и ледебу-ритные, сложного состава, обрабатываемые на высокую твердость {HRC 60-69). Лишь для инструментов, от которых требуется повышенная вязкость (штампы горячего деформирования), используют доэвтектоидные стали, твердость которых при отпуске снижают до HRC 35-45.



Глава 18. МАТЕРИАЛЫ ДЛЯ РЕЖ ЩИХ

И ИЗМЕРИТЕЛЬНЫХ ИНСТРУМЕНТОВ

18.1. Материалы для режущих инструментов

Основные свойства, которыми должен обладать материал для режущих инструментов,-износостойкость и теплостойкость.

Условия работы инструментов зависят от режимов резания и свойств обрабатываемого материала. Чем больше скорость резания, сечение снимаемой стружки, а также прочность и вязкость обрабатываемого материала, тем вьппе температура нагрева режущей кромки инструментов. При этих условиях работоспособность инструментов определяется высокой «горячей» твердостью и способностью материала сохранять ее при длительном нагреве, т. е. теплостойкостью. От теплостойкости материала, таким образом, зависит производительность резания.

По теплостойкости применяемые материалы подразделяют на следующие группы:

1) углеродистые и низколегированные стали с теплостойкостью до 200 °С;

2) высоколегированные быстрорежущие стали с теплостойкостью до 600-640 °С;

3) твердые сплавы с теплостойкостью до 800-1000°С; 4) сверхтвердые материалы с теплостойкостью до 1200 °С.

Углеродистые стали. Углеродистые стали (ГОСТ 1435 - 74) производят качественными У7, У8, У9, У13 и высококачественными У7А, У8А, У9А,У13А. Буква У в марке показывает, что сталь углеродистая, а Щ1-фра-среднее содержание углерода в десятых долях процента. Углеродистые стали поставляют после отжига на зернистый перлит. Благодаря невысокой твердости в состоянии поставки (НВ 1870-2170) углеродистые стали хо-

рошо обрабатываются резанием и деформируются, что позволяет применять накатку, насечку и другие высокопроизводительные методы изготовления инструментов.

Из-за низкой прокаливаемости (10-12 мм) углеродистые стали пригодны для мелких инструментов или инструментов с поперечным сечением до 25 мм с незакаленной сердцевиной, в которой режущая часть приходится на поверхностный слой (метчики, развертки, напильники и т. п.). Несквозная закалка уменьшает деформацию инструментов и повышает благодаря вязкой сердцевине их устойчивость к ударам и вибрациям. Инструмент с поперечным сечением 15 - 25 мм охлаждают в воде или водных растворах солей и щелочей. Инструменты с незакаленной сердцевиной меньшего сечения для уменьшения деформаций и опасности растрескивания охлаждают в масле или расплавах солей при 160-200 °С.

Режущие инструменты (мелкие метчики, сверла, напильники, пилы, шаберы и др.) изготовляют из заэвтектоидных сталей У10, У11, У12 и У13. Их подвергают неполной закалке и низкому отпуску при (150 180°С) на структуру мартенсита с включениями цементита. Такие инструменты обладают повышенной износостойкостью и высокой твердостью (HRC 62-64) на рабочих гранях. Однако твердость сильно снижается при нагреве свыше 200 °С. В связи с этим инструменты из этих сталей пригодны для обработки сравнительно мягких материалов и при небольших скоростях резания.

В инструментах с поперечным сечением более 25 мм закаленный слой получается слишком тонким и продавливается во время работы.



Заэвтектоидные стали используют также для изготовления измерительных инструментов (калибры простой формы и невысоких классов точности) и небольших штампов холодной высадки и вытяжки, работающих при невысоких нагрузках.

Стали У7, У8, У9, обеспечивающие более высокую вязкость, применяют для инструментов, подвергающихся ударам: деревообрабатывающих, слесарных, кузнечных, а также пуансонов, матриц и др. После полной закалки их отпускают на структуру троостита при 275-325 °С (HRC 48-55) или при 40(М50°С (HRC 385).

Низколегированные стали. Они содержат до 5% легирующих элементов (табл. 18.1), которые вводят Для увеличения закаливаемости, прокаливаемости, уменьшения деформаций и опасности растрескивания инструментов. Хром-постоянный элемент низколегированных сталей. Для улучшения свойств в них дополнительно вводят марганец, кремний, вольфрам.

Марганец (1-2%) обеспечивает минимальное изменение размеров инструментов при закалке. Интенсивно снижая интервал температур мартенситного превращения, он способствует сохранению в структуре повышенного количества остаточного аустенита (15-20%), который частично или полностью компенсирует увеличение объема в результате образования мартенсита. Кремний (1-1,5%) несколько повышает сопротивление отпуску и способствует образованию легко отделяющейся окалины. Вольфрам (1-5%) повышает износостойкость.

По структуре низколегированные стали относятся к заэвтектоидным сталям перлитного класса. Их подвергают неполной закалке от температуры несколько выше точки и низкому отпуску. Структура мартенсита и избыточных карбидов (легированный цементит) обеспечивает им твердость (HRC 62-69) и высокую износостой-

кость. Однако из-за низкой теплостойкости низколегированные стали имеют практически одинаковые с углеродистыми сталями эксплуатационные свойства. Их применяют для инструментов, работающих при небольших скоростях резания, не вызывающих нагрева свыше 200-260 °С. В отличие от углеродистых они меньше склонны к перегреву и позволяют изготовлять инструменты больших размеров и более сложной формы.

Сталь ХВ4 отличается особо высокой твердостью и износостойкостью благодаря тому, что в ней кроме легированного цементита присутствуют карбиды вольфрама типа МбС, которые практически не растворяются при температуре закалки. Из-за высокой твердости (HRC 67-69) ее называют алмазной и применяют для чистовой обработки твердых материалов.

Стали X, 9ХС, ХВГ, ХВСГ закаливаются в масле и относятся к сталям глубокой прокаливаемости. Сталь 9ХС в отличие от стали X (1,5% Сг) имеет более высокую устойчивость к разупрочнению при отпуске (до 260 °С), повышенные эксплуатационные свойства и применяется для изготовления фрез, сверл, резьбонарезных и других инструментов с поперечным сечением до 35 мм. Недостаток стали 9ХС-склонность к обезуглероживанию. Сталь ХВГ характеризуется малой деформацией при закалке и применяется для длинных стержневых инструментов (сверла, развертки, протяжки и т. п.) с поперечным сечением до 45 мм. Сложнолегированная сталь ХВСГ сочетает в себе лучшие свойства сталей 9ХС и ХВГ и используется для изготовления инструментов большого поперечного сечения (до 100 мм).

Быстрорежущие стали. К ним относят высоколегированные стали, предназначенные для изготовления инструментов высокой производительности.

Основное свойство этих сталей-высокая теплостойкость. Она обеспечивается



0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 [ 53 ] 54 55 56 57 58 59 60 61