Инструментальные материалы

Введение

Выбор материала режущего инструмента - важный фактор при планировании успешной операции металлообработки.

Поэтому для правильного выбора в каждой области применения важны базовые знания о характеристиках каждого материала. При выборе последнего необходимо учитывать и материал обрабатываемой заготовки, её форму и требования по точности и качеству.

Цель этой главы - предоставить дополнительную информацию по каждому инструментальному материалу, его преимуществах, а также рекомендации по оптимальному использованию. Кроме того, приводится обзор всего ассортимента режущих материалов Sandvik Coromant для каждой области применения.

Буквенное обозначение инструментальных материалов:

Твёрдые сплавы:

HW Твёрдые сплавы без покрытия, содержащие в основном карбиды

вольфрама (WC).

HT Безвольфрамовые твёрдые сплавы без покрытия (керметы), содержащие в основном карбиды (TIC) или нитриды (TIN) титана или и те, и другие вместе.

HC Вышеперечисленные твёрдые сплавы, но с покрытием.

Керамика:

CA Оксидная керамика, содержащая главным образом оксид алюминия (Al2O3).

CM Смешанная керамика, содержащая главным образом оксид алюминия (Al2O3), но также имеющая в составе помимо оксидов и другие компоненты.

NC Нитридная керамика, содержащая главным образом нитрид кремния (Si3N4).

СС Вышеперечисленные керамические материалы, но с покрытием.

Алмаз:

DP Поликристаллический алмаз ¹)

Нитрид бора:

BN Кубический нитрид бора ¹)

1) Поликристаллический алмаз и кубический нитрид бора называют также сверхтвёрдыми режущими материалами.

Материалы для режущих инструментов имеют различные сочетания твёрдости, прочности и износостойкости, и подразделяются по маркам сплавов, обладающих отличительными свойствами. Оптимальный материал режущего инструмента должен быть:

· твёрдым, устойчивым к износу по задней поверхности и деформации

· прочным, устойчивым к выкрашиваниям и поломке

· химически нейтральным по отношению к материалу заготовки

· химически стойким, устойчивым к окислению и диффузии

· устойчивым к резким изменениям температуры

Твердый сплав с покрытием

· CVD покрытие

· PVD покрытие

· Твёрдые сплавы

Твёрдый сплав с покрытием в настоящее время занимает 80-90% рынка пластин для режущих инструментов. Своим успехом он обязан уникальному сочетанию износостойкости и прочности, а также способности принимать сложные формы.

Твёрдый сплав с покрытием состоит из твердосплавной основы и покрытия. Вместе они представляют сплав, оптимизированный для конкретной области применения.

Пластины из твердого сплава с покрытием оптимально подходят для широкого спектра инструментов и областей применения.

CVD покрытие

​Определение и свойства

Аббревиатура CVD означает Chemical Vapor Deposition (Химическое осаждение из паровой фазы). Покрытие CVD образуется в результате химических реакций при температуре 700-1050°C.

Покрытия CVD обладают высокой износостойкостью и превосходной адгезией к твердосплавной основе. Первый твердый сплав с покрытием CVD имел однослойное покрытие из карбида титана (TiC). Позже появились покрытия из оксида алюминия (Al2O3) и нитрида титана (TiN). Еще позже были разработаны современные покрытия из карбонитрида титана (MT-Ti(C,N) и MT-TiCN, называемые также MT-CVD) для улучшения свойств сплава за счет способности сохранять целостность граничного слоя твердого сплава.

В современных покрытиях CVD комбинируются слои MT-Ti(C,N), Al2O3 и TiN. Непрерывно улучшаются свойства покрытий в отношении адгезии, прочности и износа за счет микроструктурной оптимизации и последующей обработки.

MT-Ti(C,N) - обеспечивает стойкость к абразивному износу и, соответственно, уменьшает износ по задней поверхности.

CVD-Al2O3 – химически нейтральный слой, имеющий низкую теплопроводность, что обеспечивает стойкость сплава к лункообразованию. Кроме того, он служит в качестве теплового барьера, улучшая стойкость к пластической деформации.

CVD-TiN - повышает износостойкость и используется для выявления износа.

Окончательная обработка пластины - обеспечивает увеличенную прочность кромок при прерывистом резании и снижает образование нароста.

​Области применения

Сплавы с покрытием CVD - идеальный выбор для широкого спектра областей применения, где важна износостойкость. Например, токарная обработка и растачивание отверстий в деталях из стали, где толстое CVD покрытие обеспечивает стойкость к лункообразованию; токарная обработка нержавеющей стали. Во фрезеровании CVD сплавы рекомендуется использовать при обработке материалов групп ISO P, ISO M, ISO K. При сверлении сплавы CVD обычно используются в периферийной пластине.

PVD покрытие

​Определение и свойства

Аббревиатура PVD означает Physical Vapor Deposition (Конденсация из паровой фазы). Оно формируется при относительно невысоких температурах (400-600°C). Процесс включает в себя испарение металла, реагирующего, например, с азотом. В результате на поверхности режущего инструмента образуется твёрдое нитридное покрытие.

Покрытия PVD увеличивают износостойкость сплава за счет своей твёрдости. Их компрессионное воздействие также увеличивает прочность кромок и стойкость к образованию трещин.

Ниже описаны основные слои покрытия PVD. Современные покрытия представляют собой комбинации этих соев. В слоистых покрытиях имеется множество тонких слоев - толщины миллимикронного порядка. Это делает покрытие еще твёрже.

PVD-TiN - нитрид титана, из которого состояло первое PVD покрытие. Он обладает универсальными свойствами и имеет золотистый цвет.

PVD-Ti(C,N) - карбонитрид титана твёрже нитрида и увеличивает стойкость к износу по задней поверхности.

PVD-(Ti,Al)N - нитрид титана алюминия имеет высокую твёрдость в сочетании со стойкостью к окислению, что улучшает общую износостойкость.

PVD-оксид - используется из-за своей химической инертности и повышенной стойкости к лункообразованию.

​ Области применения

Сплавы с покрытием PVD рекомендуются для получения прочных, но острых режущих кромок, а также для обработки материалов, подверженных образованию нароста. Сплавы имеют широкую область применения: все цельные концевые фрезы и свёрла, а также большинство пластин для обработки канавок, резьбы и фрезерования. Сплавы с покрытием PVD также широко используются в чистовой обработке и в качестве материала центральной пластины сверл.

Твёрдые сплавы

​Определение и свойства

Твердый сплав - продукт порошковой металлургии, состоящий из частиц карбида вольфрама (WC) и кобальтовой связки (Co). В твердых сплавах количество карбидов вольфрама (WC) достигает 80%. Также в состав твердого сплава входят карбиды других элементов, играющих особую роль при формировании градиентной основы.

Определенная форма твердому сплаву традиционно придается путем прессования порошка, либо методом экструзии. Затем полученная заготовка пластины или инструмента спекается до максимальной плотности.

Размер зерна WC является одним из важнейших параметров для корректировки соотношения “твёрдость-прочность”; чем меньше размер зерна, тем выше твёрдость при заданном содержании связующего вещества.

Количество и состав связки управляет прочностью сплава и его стойкостью к пластической деформации. При одинаковом размере зерна WC увеличение количества связки приведет к повышению прочности, что обуславливает предрасположенность к износу в виде пластической деформации. Слишком низкое содержание кобальта может привести к повышению хрупкости материала.

Кубические карбонитриды, иначе называемые γ-фазой, обычно добавляются для повышения красностойкости и формирования градиента.

Градиентное спекание способствует повышенной стойкости к пластической деформации и прочности кромки одновременно. Кубические карбонитриды, сконцентрированные в непосредственной близости к режущей кромке, повышают красностойкость там, где это необходимо. Кроме прочего, сочетание кобальтовой связки и карбидов вольфрама обеспечивает стойкость к образованию трещин и выкрашиваний

Области применения