Материалы

Материалы, применяемые для изготовления режущего инструмента, должны обладать высокой твердостью, износостойкостью, теплостойкостыо, прочностью и ударной вязкостью. В настоящее время в качестве материалов для режущего инструмента используются углеродистые и легированные стали, быстрорежущие стали, твердые сплавы, минералокерамика, карбидостали, мартенситостареющие инструментальные сплавы, алмазные и синтетические, сверхтвердые материалы.

Углеродистые (У10, У11А, У12) и легированные (11ХФ, 9ХС, ХВГ, ХВСТ, Х12М и другие) инструментальные стали сейчас используются весьма ограниченно. Применение этих сталей ограниченно теплостойкостью при резании 150-250 ºС. Основное достоинство этих материалов - низкая стоимость, невысокая температура закалки, незначительная карбидная неоднородность.

Эти стали используют при обработке различных легкообрабатываемых материалов.

Быстрорежущие стали являются наиболее распространенным материалом для режущего инструмента. Сочетая высокую твердость (до 65 HRC) с повышенной теплостойкостью (до 650 ºС), быстрорежущая сталь позволяет повысить скорость резания в 4-5 раз, а стойкость - в 10-15 раз по сравнению с другими инструментальными сталями: Сейчас отечественной промышленностью выпускается более 30 марок быстрорежущей стали. Наиболее распространенные – Р6М5, Р6МЗ.

Твердые сплавы представляют собой твердый раствор карбидов вольфрама (WC), карбидов титана (Тic) и карбидов тантала (ТaC) в металлическом кобальте (Co). Твердые сплавы используют в виде пластинок определенной формы и размеров, изготовляемых методами порошковой металлургии.

Твердые сплавы подразделяют на 4 группы: ВК, ТК и ТТК. К группе ВК (вольфрамовой) относятся ВКЗ, ВК8, ВК15, ВК25 (WC – 75 %, Co – 25 %) и другие; к группе ТК (титановольфрамовой) - Т30К4, Т15К6, Т14К8, Т5К10, Т5К12В (TiC-30 %, Co-40 %, остальное WC); к группе ТТК (титанотантало-вольфрамовой) - ТТ17К12, ТТ10К8Б. Четвертая группа – безвольфрамовые твердые сплавы КНТ-16, ТМ1, ТМ3, ТН20 (74 % TiCN + 19,5Ni + 6,5 % Mo).

Пластинки из твердого сплава имеют высокую износостойкость и теплостойкость (800-1000 ºС), что позволяет обрабатывать заготовки со скоростями резания до 300 м/мин. Недостатком твердых сплавов является их низкие пластичность и прочность.

Минералокерамика - синтетический материал, основой которого является технический глинозем А12О3 подвергнутый спеканию при 1720-1750 ºС. (ЦМ332 – 99 % А1203, твёрдость 91HRA). Имеет высокую износостойкость. Недостатками являются низкая прочность и большая хрупкость. Инструменты, оснащенные пластинками из минералокерамики, эффективно используют при получистовой и чистовой обработке сталей, чугуна и цветных металлов в условиях безударной нагрузки. Для повышения эксплуатационных характеристик минералокерамики в нее добавляют вольфрам, молибден, бор, титан, никель и т.д. Такие материалы называют керметами.

В последнее время созданы композиции керамики В3, В0К60, 20К63, которые могут быть отнесены к группе наиболее современных, режущих материалов (в отличие от белой керамики эти марки имеют чёрный цвет). В состав их входит до 40 % карбидов титана, вольфрама, молибдена. Изготовляются методом горячего прессования, имеют прочность 700 МПа.

Абразивные материалы - мелкозернистые или порошковые вещества, используемые для изготовления абразивных инструментов: шлифовальных кругов, головок, сегментов, брусков и т.д. Естественные абразивные материалы (наждак, кварцевый песок, корунд) находят ограниченное применение вследствие неоднородности свойств. В промышленности применяют в основном искусственные абразивные материалы: электрокорунды, карбиды кремния, карбиды бора, окись хрома, синтетические алмазы, а также новые материалы, такие как славутич, эльбор, гексагонит и др. Абразивные материалы имеют очень высокую твёрдость, высокую красностойкость (1800-2000 ºС) и износостойкость. Допустимая скорость резания 15-100 м/с (пример: круг 25 А25, ПСМ16К, 20ПГ352).

В промышленности используют естественные (А) и искусственные (синтетические) алмазы марок АСО, АСР, АСВ, АСК, АСО, АСМ, АСН.

Из синтетических твердых материалов (СТМ), применяемых для лезвийной обработки, применяются:

Эльбор - Р (или композит 01, который в настоящее время имеет наиболее широкое применение).

Гексанит – Р (композит 10) - поликристаллический материал на основе бора и азота. Исходное сырье для производства гексанита – Р - вюрцитоподобный нитрид бора (гексанит), получаемый из гексогонального графитоподобного нитрида бора с помощью ударных волн. Гексанит - Р имеет тонкую зернистую структуру, размер частиц основной фазы менее 1 мкм, обладает высокой микротвёрдостью (1000-6000 кг/мм2) и пониженной хрупкостью, что позволяет использовать его при работе с ударными нагрузками.