2.4 Инструментальные материалы.

Для изготовления инструмента применяют специальные материалы. В соответствии со служебным назначением инструментальные материалы должны обладать: а) высокой твердостью; б) высокой прочностью; в) высоким сопротивлением изнашиванию; г) высокой теплостойкостью и теплопроводностью; д) экономичностью.

К инструментальным материалам относятся: а) легированные инструментальные стали; б) быстрорежущие стали; в) металлокерамические твердые сплавы; г) минералокерамика; д) сверхтвердые материалы.

Легированные инструментальные стали - заэвтектоидные стали марок 9ХС, ХВГ, ХВ5 и др., легированные хромом, волльфрамом, марганцем, кремнием и др. Их применяют для изготовления инструментов, работающих при малых скоростях резания для ручной обработки (развертки, метчики, плашки и т.п.).

Быстрорежущие стали - теплостойкие ледебуритные стали марок Р6М5, Р6М5К5, Р6М5Ф3 и др., легированные вольфрамом, молибденом, кобальтом и ванадием. Состав и свойства быстрорежущих сталей приведены в табл. 2.8. Главной отличительной способностью современных быстрорежущих сталей является их красностойкость (способность сохранять высокую твердость и износостойкость при нагреве до температур красного каления) до 600 ^ОС. В марках быстрорежущих сталей вначале приводят букву «Р», за ней следует цифра, указывающая содержание вольфрама. Во всех быстрорежущих сталях содержится около 4% хрома, но в обозначении марки буквы «Х» нет. Ванадий обозначается, если его содержание более 2%. Содержание углерода в марке не указывается. Обычно его содержится 0.7-1.2%.

Таблица 2.8. Состав и свойства быстрорежущих сталей

Марка быстрорежущей стали	Химический состав						Прочность σи, ГПа	Твердость HRC
	C	W	Mo	Cr	V	Co
Р6М5	0,85	6	5,2	4	1,9	< 0,5	3,3 … 3,4	64
Р6М5Ф3	0,5	6	5,2	4	2,5	< 0,5	2,7 … 2,8	64
Р6М5К5	0,85	6,5	5	4	2	5	2,5 … 2,8	65
Р9М4К8	1,05	9	4	3,2	2,3	8	2,3 … 2,4	65

Быстрорежущие стали применяют для изготовления инструментов сложной формы (фасонные резцы, сверла, зенкеры, машинные развертки и метчики, накатные плашки, протяжки, концевые, отрезные и червячные фрезы, долбяки и др.).

Таблица 2.9. Выбор марки быстрорежущей стали

Способ резания	Обрабатываемый материал
	Углеродистые стали	Легированные конструкционные стали	Коррозион-ностойкие стали
Точение, строгание, долбление	Р6М5Ф3	Р6М5К5	Р6М5К5
Сверление	Р6М5	Р6М5К5	Р9М4К8
Зенкерование и развертывание	Р6М5	Р6М5Ф3	Р6М5К5
Фрезерование	Р6М5	Р6М5К5	Р9М4К8
Протягивание	Р6М5Ф3	Р6М5Ф3	Р6М5К5
Резьбонарезание	Р6М5	Р6М5Ф3	Р6М5К5
Зубонарезание	Р6М5	Р6М5К5	Р9М4К8

Марки быстрорежущих сталей выбирают в зависимости от способа и характера резания, вида инструмента и механических свойств обрабатываемого материала по табл. 2.9.

Металлокерамические твердые сплавы, получаемые методом порошковой металлургии состоят из твердых карбидов W, Ti, Ta и вязкой связки Со. Чем выше содержание Со, тем выше ударная вязкость, но ниже твердость. Температура красностойкости таких сплавов до 1000 – 1050 ^ОС.

Таблица 2.10. Состав и свойства твердых сплавов

Марка твердого сплава	Химический состав				Прочность σи, ГПа	Твердость HRC
	WC	TiC	TaC	Co
ВК3	0,97	-	-	0,03	1,18	91,0
ВК6-ОМ	0,94	-	-	0,06	1,27	90,5
ВК6	0,94	-	-	0,06	1,52	88,5
ВК8	0,92	-	-	0,08	1,67	87,5
Т30К4	0,66	0,30	-	0,04	0,98	92,0
Т15К6	0,79	0,15	-	0,06	1,18	90,0
Т5К10	0,85	0,06	-	0,09	1,42	88,5
Т5К12	0,83	0,05	-	0,12	1,67	87,0
ТТ7К12	0,81	0,04	0,03	0,12	1,67	87,0

Разхличают:

а) однокарбидные твердые сплавы - сплавы марок ВК4, ВК6, ВК8 и др., содержащие карбид вольфрама и кобальт;

б) двухкарбидные твердые сплавы - сплавы марок Т30К4, Т15К6, Т5К10 и др., содержащие карбид вольфрама, карбид титана и кобальт;

в) трехкарбидные твердые сплавы - сплавы марок ТТ8К6, ТТ7К12 и др., содержащие карбид вольфрама, карбид титана, карбид танталла и кобальт.

Марки твердых сплавов выбирают в зависимости от способа и характера резания, а также механических свойств обрабатываемого материала по табл. 2.11 и 2.12.

Таблица 2.11. Выбор марки твердого сплава при точении

Глубина резания			Обрабатываемый материал
Значение		Характер	Сталь	P	Коррозион-ностойкие стали	M	Чугун	K
до 0,4 мм	F	постоянная	Т30К4		ВК6-ОМ		ВК3-М
		переменная	Т15К6		ТТ8К6		ВК6-М
от 0,4 мм до 2,0 мм	-	постоянная
		переменная	Т14К8		ТТ10К8-Б		ВК6
свыше2,0 мм	R	постоянная
		переменная	Т5К10				ВК8

Таблица 2.12. Выбор марки твердого сплава при фрезеровании

Характер обработки		Обрабатываемый материал
		Сталь	P	Коррозион-ностойкие стали	M	Чугун	K
Окончательная	F	Т14К8		ТТ10К8-Б		ВК6
Предварительная и окончательная	-	Т5К10				ВК8
Предварительная	R	ТТ7К12		ТТ7К12

Минералокерамика - композиционный материал, представляющий собой кристаллиты, скрепленные аморфной стекловидной фазой: Для изготовления режущего инструмента применяются керамические материалы на основе оксида алюминия с добавками диоксида циркония, карбидов и нитридов титана, нитрида бора с кубической структурой, нитрида кремния.

Минералокерамику применяют в виде пластинок для оснащения токарных резцов, торцовых фрез и др. Для обработки мягких цветных металлов, а также обработки сталей и чугунов применяют инструменты из оксидной минералокерамики. Для обработки чугунов и закаленных сталей в легких условиях применяют инструмент из оксидно-карбидной минералокерамики. Инструменты из оксидно-нитридной минералокерамики могут применяться для обработки никелевых сплавов в легких условиях.

Сверхтвердые материалы - природные и синтетические материалы, обладающие наивысшей твердостью: а) природные алмаз, непригодные для ювелирных целей алмазы сортов "борт" и "конго"; б) синтетические алмазы - поликристаллический кубический карбид углерода; в) нитрид бора - поликристаллический кубический нитрид бора (ПКНБ).

Сверхтвердые материалы применяют в виде вставок и сменных многоранных пластин для оснащения резцов и торцовых фрез. Инструмент из природного и синтетического алмаза применяют для обработки цветных металлов, композиционных (твердых сплавов и стеклопластиков) и других материалов. Инструмент из нитрида бора применяют для обработки сталей (в том числе закаленных), чугунов и различных труднообрабатываемых сплавов.

Металлокерамические твердые сплавы применяют в виде напайных пластин для оснащения резцов, сверл, зенкеров, разверток и фрез, а также сменных многогранных пластинок для резцов, сверл и фрез. Некоторые виды инструментов (фасонные резцы, сверла, концевые фрезы и др.) изготавливают вышлифовкой из твердосплавных заготовок.