Свойства инструментальных материалов Режущие инструменты работают в условиях значительных силовых нагрузок, высоких температур, трения и износа. Поэтому инструментальные материалы должны обладать определенными эксплуатационными и физико-механическими свойствами. Материал режущей части инструмента обладает большой твердостью и высокими значениями допустимых напряжений на изгиб, растяжение, сжатие и кручение. Твердость режущей части инструмента должна значительно превышать твердость материала обрабатываемой заготовки. Углеродистые инструментальные стали содержат 1.0…1,3 % С. для изготовления инструментов применяют качественные стали У10А, У11А, У13А. После термической обработки стали имеют красностойкость 200…240 оС. При этой температуре твердость стали резко уменьшается, и инструменты не могут выполнять работу резания. Допустимые скорости резания не превышают 0.2...0.3 м/с. Из этих сталей изготавливают метчики, плашки, ножовочные полотна, сверла и зенкеры малых диаметров. Легированные инструментальные стали - это углеродистые инструментальные стали, легированные хромом, вольфрамом, ванадием, кремнием и другими элементами. После термообработки легированные стали имеют красностойкость 220...260 оС. По сравнению с углеродистыми легированные стали имеют повышенную вязкость в закаленном состоянии и более высокую прокаливаемость, меньшую склонность к деформациям и появлению трещин при закалке. Допустимая скорость резания 0.25…0.5 м/с. Для изготовления протяжек, сверл, метчиков, плашек, разверток используют, стали 9Х ВГ, ХВГ, ХГ, 6ХС, 9ХС. Быстрорежущие стали содержат 5,5….19 % W, 0.7...1.2 % С; 2...10 % Со и V. Для изготовления инструментов используют стали Р9,Р12, Р18, Р6М3, Р6М5, Р9Ф5, Р14Ф2, Р9К5, Р9К10, Р10К5Ф2. Во всех быстрорежущих сталях массовая доля хрома - 4%, поэтому в обозначении марки букву Х не указывают. Режущий инструмент из быстрорежущей стали, после термической обработки имеет красностойкость 600…640 оС и обладает повышенной износостойкостью, поэтому может работать со скоростями резания до 2 м/с. Для экономии быстрорежущих сталей режущий инструмент изготавливают сборным или сварным. Режущую часть инструмента делают из быстрорежущей стали, которую сваривают или соединяют механически с присоединительной частью из конструкционных сталей 45, 50, 40Х. К твердым сплавам относятся инструментальные материалы, состоящие из высокотвердых и тугоплавких карбидов вольфрама, титана, тантала, соединяемых металлической связкой. Эти материалы изготавливают методами порошковой металлургии. Порошки карбидов смешивают с порошком кобальта, прессуют и спекают при 1400....1550 оС. При спекании кобальт растворяет часть карбидов и плавится. В результате получается плотный материал, структура которого на 80...85 % состоит из карбидных частиц, соединяемых связкой. Твердые сплавы применяют в виде пластинок определенной формы и размеров, которые делят на три группы: - вольфрамовые - ВК2, ВК3, ВК3М, ВК8 и др; - титановольфрамовые - Т30К4, Т15К6, Т14К8, Т5К10, Т5К12В; - титанотанталовольфрамовые - ТТ7К12, Т10К8Б. Пластинки твердого сплава обладают высокими износостойкостью и красностойкостью (800....1250 оС), что позволяет вести обработку со скоростями резания до 15 м/с. Пластинки припаивают к державкам или корпусам инструментов медными, латунными припоями или крепят механическими способами. Наиболее широкое применение среди сверх твердых материалов (СТМ) получили материалы на основе кубического натрида бора (Эльбор, Гексанит - Р, Киборит и др.). Их выпускают в виде пластин различной геометрической формы, которыми оснащают режущие инструменты. СТМ применяют для тонкого, чистового точения и фрезерования закаленных сталей и чугунов. Инструментальные керамические материалы можно разделить на группы, различающиеся химическим составом, методом производства и областями рационального использования. Оксидную "белую" керамику, состоящую из Al2О3 с легирующими добавками MgO, ZrO2 и др. применяют для чистовой и получистовой обработке незакаленных сталей и серых чугунов со скоростями резания до 15 м/с. Оксидно-карбидную "черную" керамику, состоящую из Al2О3, ТiC, ZrO2 и других карбидов тугоплавких металлов, применяют для обработки ковких, высокопрочных и отбеленных модифицированных чугунов и закаленных сталей. Керамику на основе нитрида кремния применяют для получистовой обработки чугунов. Высокие прочностные свойства необходимы для того, чтобы инструмент обладал сопротивляемостью соответствующим деформациям в процессе резания, а достаточная вязкость материала позволяла воспринимать ударную динамическую нагрузку. Инструментальные материалы должны обладать высокой красностойкостью (теплостойкостью), т.е. способностью сохранять твердость при нагреве. Красностойкость оценивают температурой, при которой происходит резкое снижение твердости материала. Важнейшей характеристикой материала режущей части инструмента служит износостойкость. Чем выше износостойкость, тем медленнее изнашивается инструмент и тем выше его размерная стойкость. Это значит, что заготовки, последовательно обработанные одним и тем же инструментом, будут иметь минимальное рассеивание размеров обработанных поверхностей. Материалы для изготовления инструментов должны по возможности иметь наименьшее процентное содержание дефицитных элементов. Всем перечисленным требованиям в той или иной степени отвечают следующие материалы: инструментальные стали, твердые сплавы, синтетические сверхтвердые и керамические материалы, абразивные и алмазные материалы.