Aria rațională de aplicare a unui anumit material de sculă este determinată de totalitatea proprietăților sale operaționale și tehnologice (în funcție, la rândul lor, de proprietățile fizice, mecanice și chimice), precum și de factorii economici.

Materiale pentru scule lucrați în condiții dificile - la sarcini și temperaturi ridicate. Prin urmare, toate proprietățile materialelor sculelor pot fi împărțite în mecanice și termice.

Cele mai importante proprietăți operaționale ale materialelor sculelor includ: duritatea, rezistența, rezistența la uzură, rezistența la căldură, conductibilitatea termică.

DuritateH iar suprafețele de contact ale sculei trebuie să fie mai mari decât duritatea H m de material prelucrat. Aceasta este una dintre cerințele principale pentru materialul sculei. Dar, odată cu creșterea durității materialului sculei, de regulă, rezistența acestuia la rupere fragilă scade. Prin urmare, pentru fiecare pereche de materiale prelucrate și de scule, există o valoare optimă a raportului HȘi / H m, la care rata de uzură a materialului sculei va fi minimă.

Din punct de vedere putere instrument, este important ca materialul sculei să combine duritatea ridicată la temperaturi ridicate a zonei de tăiere cu o bună rezistență la compresiune și încovoiere și, de asemenea, să aibă valori ridicate ale limitei de anduranță și rezistenței la impact.

rezistenta la uzura se măsoară prin raportul dintre munca depusă pentru îndepărtarea unei anumite mase de material și valoarea acestei mase. Uzura observată la tăiere ca pierdere totală a masei materialului sculei este cauzată de diverse mecanisme: aderență-oboseală, abraziv, chimico-abraziv, difuzie etc. Rezistența la uzură a materialului sculei în timpul uzurii adezivului depinde de microrezistența straturilor de suprafață și de intensitatea aderenței cu materialul prelucrat. În cazul uzurii adezive fragile, rezistența la uzură a materialului sculei este corelată cu limita de anduranță și rezistență, cu uzura plastică, cu limita de curgere și duritatea. Ca măsură a rezistenței la uzură a unui material de sculă în timpul uzurii abrazive, duritatea acestuia este luată aproximativ. Uzura prin difuzie a sculei de tăiere are loc datorită dizolvării reciproce a componentelor materialelor de tăiere și prelucrate, urmată de distrugerea straturilor superficiale ale materialului de tăiere, înmuiate din cauza proceselor de difuzie. O caracteristică a rezistenței la uzura prin difuzie este gradul de inerție al materialelor sculelor în raport cu cele prelucrate.

Duritatea suprafețelor de contact ale sculei în stare rece, adică. măsurată la temperatura camerei nu îi caracterizează pe deplin capacitatea de tăiere. Pentru a caracteriza proprietățile de tăiere ale materialelor sculelor la temperaturi ridicate, se folosesc concepte precum duritatea „fierbinte”, duritatea roșie și rezistența la căldură.

Sub duritate roșie se înțelege ca fiind temperatura care determină o scădere a durității materialului sculei nu sub valoarea specificată. Conform GOST 19265-73, duritatea roșie a oțelului de mare viteză de productivitate normală ar trebui să fie de 620 ° C, iar a oțelului de înaltă performanță - 640 ° C. Duritatea roșie se determină prin măsurarea durității probelor la temperatura camerei după încălzire la temperaturi de 620°-640°C cu expunere timp de 4 ore și răcire ulterioară. Pentru viteza de control de înmuiere a oțelului după încălzirea specificată, a fost luată duritatea HRC 58.

Sub rezistență la căldură materialul sculei este înțeles ca fiind capacitatea materialului de a menține, atunci când este încălzit, duritatea suficientă pentru procesul de tăiere. Rezistența la căldură este caracterizată de așa-numita temperatură critică. Temperatura critică este temperatura stabilită în timpul procesului de tăiere la care materialul sculei nu își pierde încă proprietățile de tăiere, iar unealta din care este făcută este capabilă să taie.

Dependența performanței sculei de condițiile de temperatură ale funcționării acesteia este exprimată și printr-o astfel de caracteristică a materialului sculei precum rezistenta la socuri termice. Această caracteristică determină diferența maximă de temperatură la care materialul își păstrează integritatea și reflectă posibilitatea ruperii fragile a sculei ca urmare a tensiunilor termice. Cunoașterea rezistenței la șoc termic este deosebit de importantă atunci când se utilizează materiale de scule relativ fragile în condiții de tăiere întreruptă. Mărimea tensiunilor termice depinde de conductibilitatea termică, coeficientul de dilatare liniară, modulul de elasticitate, raportul lui Poisson și alte proprietăți ale materialului sculei.

Conductivitate termică- una dintre cele mai importante proprietăți fizice ale materialelor pentru scule. Cu cât conductivitatea termică este mai mică, cu atât temperatura suprafețelor de contact ale sculei este mai mare și, în consecință, vitezele de tăiere admise sunt mai mici.

Dintre proprietățile tehnologice ale materialelor pentru scule, cele mai multe importanţă le are prelucrabilitateîn stare caldă (forjare, turnare, ștanțare, sudare etc.) și rece (tăiere, șlefuire). Pentru materialele de scule supuse tratamentului termic, condițiile tratamentului termic al acestora sunt nu mai puțin importante: intervalul de temperaturi de întărire, cantitatea de austenită reținută, capacitatea de transformare a austenitei reținute, deformarea în timpul tratamentului termic, sensibilitatea la supraîncălzire și decarburare. , etc. Prelucrabilitatea materialelor sculelor prin așchiere depinde de mulți factori, dintre care principalii sunt: ​​compoziția chimică, duritatea, proprietățile mecanice (rezistență, tenacitate, plasticitate), microstructura și dimensiunea granulelor, conductivitatea termică. Prelucrabilitatea nu trebuie luată în considerare în ceea ce privește posibilitatea utilizării unor viteze mari de așchiere în fabricarea sculelor, dar și în ceea ce privește calitatea suprafețelor rezultate. Materialul pentru scule, în timpul procesării căruia se obțin zgârieturi, rugozitate mare, arsuri și alte defecte, este dificil de utilizat pentru fabricarea sculelor de tăiere.

Preț materialul sculei, se referă la factori economici. Materialul pentru scule ar trebui să fie cât mai ieftin posibil. Dar această cerință este condiționată, deoarece materialul mai scump poate oferi o prelucrare mai ieftină. În plus, raportul dintre costul materialelor individuale este în continuă schimbare. Este important ca materialul instrumental să nu fie insuficient.

Este imposibil să se creeze un material ideal pentru scule, care să fie la fel de potrivit pentru întreaga varietate de condiții de prelucrare. Prin urmare, în industrie se utilizează o gamă largă de materiale de scule, reunite în următoarele grupe principale: oțeluri carbon și aliate; oțeluri de mare viteză; aliaje dure; taierea ceramicii; materiale superdure; unealtă acoperită.

Materiale pentru scule de tăiere 5,00 /5 (100,00%) au votat 5

Materiale pentru scule de tăiere.

Capacitatea de tăiere a unei scule de strunjire este determinată de proprietățile fizice și mecanice ale materialului din care este fabricată. Principalele proprietăți care determină performanța instrumentului includ duritatea, rezistența la căldură, rezistența la uzură, conductibilitatea termică și capacitatea de adeziv.

Duritatea materialului din care este realizată unealta trebuie să depășească duritatea materialului prelucrat. Datorită faptului că forțele de tăiere semnificative acționează asupra părții de lucru a sculei, creând deformații la îndoire, materialul sculei trebuie să aibă rezistență. Duritatea și rezistența materialului sculei sunt afectate semnificativ de raportul dintre componentele de aliere și carbonul inclus în compoziția lor sub formă de carburi. Odată cu creșterea cantității de carburi și scăderea mărimii granulelor acestora, duritatea și rezistența la uzură a sculei crește, iar rezistența scade.

Se determină rezistența la căldură a instrumentului temperatura peste care duritatea scade si uzura creste.

Rezistenta la uzura sculei se caracterizeaza prin rezistența sculei la abraziune sub acțiunea forțelor de frecare apărute în procesele de tăiere.

Conductibilitatea termică a sculei este determinată de capacitatea sa de a îndepărta căldura generată în procesul de tăiere de pe muchiile tăietoare ale sculei. Cu cât conductivitatea termică este mai mare, cu atât căldura este mai bine îndepărtată de pe muchiile de tăiere, crescând astfel durata de viață a sculei.

Adeziune Temperatura sculei și a materialului piesei de prelucrat este caracterizată de temperatura la care materialul piesei de prelucrat se lipește de muchiile de tăiere ale sculei. Depinde de forțele moleculare care se dezvoltă la temperaturi și presiuni ridicate în punctele de contact ale sculei de tăiere cu suprafața de prelucrat. Cu cât este mai mare temperatura de lipire a materialului prelucrat pe unealtă, cu atât mai bun ar trebui să fie materialul din care este făcută unealta.

Oteluri pentru scule.

Oțelurile pentru scule sunt împărțite în:

• carbonice;
• aliat;
• taiere rapida.

Oțeluri de scule carbon.

Pentru a realiza o unealtă de tăiere, se utilizează oțel carbon din clasele U10A, U11A, U12A și U13A. Litera U înseamnă acel oțel de scule carbon. Numărul de după literă indică aproximativ cât de mult carbon în zecimi de procent este conținut în acest oțel.

Dacă există o litera A la sfârșitul denumirii clasei de oțel, atunci aceasta indică faptul că oțelul aparține grupului de înaltă calitate (U10A; U12A).

După călire și revenire, duritatea sculei acestor oțeluri este HRC 60-64. Cu toate acestea, atunci când este încălzită la o temperatură de peste 220-250°C, duritatea sculei scade brusc. Prin urmare, în prezent, la strunguri, o astfel de unealtă este utilizată numai pentru lucrări asociate cu viteze mici de tăiere (unele tipuri de robinete, freze și alezoare).

oţeluri de scule aliate.

Oțeluri de scule aliate- acestea sunt cele in care se introduc impuritati speciale (elemente de aliere) pentru imbunatatirea proprietatilor fizice si mecanice.

Odată cu introducerea cromului, molibdenului, wolframului, vanadiului, titanului și manganului, duritatea oțelului crește, deoarece formează compuși simpli sau complecși (carburi) cu carbon, care au duritate mare (în special carburi de wolfram și vanadiu). În același timp, oțelul păstrează suficientă duritate. Nichel, cobalt, aluminiu, cupru și siliciu, care se dizolvă în fier, se întărește oțelul.

Cu un tratament termic adecvat, unealta are o duritate de HRC 62-64 și o păstrează atunci când este încălzită la o temperatură de 250-300°C. Frezele, alezările, robinetele, broșele sunt fabricate din oțel de calitate 9XC, KhVG și KhV5.

Oțeluri de scule de mare viteză.

Oțeluri de scule de mare viteză- sunt oteluri aliate cu un continut semnificativ de wolfram, cobalt, vanadiu si molibden. Ele păstrează duritatea HRC 62 - 64 obținută după tratamentul termic atunci când sunt încălzite la o temperatură de 600 ° C, iar unele clase de oțeluri aliate complexe își păstrează duritatea chiar și atunci când sunt încălzite la o temperatură de 700-720 ° C.

Aceste calități ale oțelurilor de mare viteză fac posibilă creșterea vitezei de tăiere în timpul prelucrării de două până la trei ori în comparație cu o unealtă din carbon și oțel de scule aliat obișnuit.

Toate clasele de oțel de mare viteză sunt desemnate cu litera P (P9, P12, P18), numărul de după litera P indică procentul mediu de wolfram din acest oțel.

Au o aplicație largă oţeluri de mare viteză conţinând 3-5% molibden (P6M3, P6M5). Aceste oțeluri sunt superioare ca rezistență față de oțelul P18, deși au o rezistență la căldură oarecum mai mică. Ele sunt de obicei utilizate pentru unelte care funcționează în condiții de putere mare.

Când se prelucrează aliaje și oțeluri aliate, rezistente la căldură și inoxidabile, este eficient să se utilizeze oțeluri de mare viteză cu productivitate crescută, care includ vanadiu și cobalt (R10KF5, R18K5F2) sau oțeluri aliate complexe (clasele R18MZK25, R18M7K25 și R10M5K25). În prezența a 10% sau mai mult cobalt în oțel, duritatea acestuia după tratamentul termic este de 67-68 și se menține până la o temperatură de încălzire de 640-720°C.

Oțelurile de scule de mare viteză sunt utilizate pentru fabricarea de freze, burghie, freze, alezoare, robinete, matrițe și alte unelte. .

aliaje dure.

Carbură constau din carburi ale metalelor refractare, care sunt distribuite uniform într-o legătură de cobalt. Sunt realizate prin presare și sinterizare. Aliajele dure au densitate și duritate mare, care nu scade nici măcar atunci când sunt încălzite la 800-900°C. În funcție de compoziție, aliajele dure sunt împărțite în trei grupe:

• tungsten;
• titan-tungsten;
• titan-tantal-tungsten.

Principalele clase de aliaj dur din grupul de tungsten utilizate pentru fabricarea sculelor de tăiere sunt VKZ, VKZM, VK4, VK4M, VK6 VK6M VK6V, VK8, VK8V, VK10. În denumirea mărcii de aliaj dur din acest grup, litera B indică grupul, litera K și numărul care îl urmează - procentul de cobalt, care este un metal obligatoriu. Litera M indică faptul că structura aliajului este cu granulație fină, iar litera B indică faptul că are granulație grosieră.

Aliaje dure din grupul titan-tungsten.

Aliajele dure ale grupului de titan-tungsten constau din granule dintr-o soluție solidă de carbură de tungsten în carbură de titan, granule în exces de carbură de tungsten și cobalt, care este un liant. Principalele tipuri de aliaje ale acestui grup sunt T5K10, T5K12, T14K8, T15K6. În desemnarea aliajelor din această grupă, numărul de după litera T indică procentul de carbură de titan, iar numărul de după litera K indică procentul de cobalt. Restul aliajului este carburi de tungsten.

Aliaje dure din grupul titan-tantal-tungsten.

Aliajele dure ale grupului titan-tantal-tungsten constau din granule de titan, tantal, carburi de wolfram și un liant, care este, de asemenea, folosit ca cobalt. Mărcile acestui grup de aliaje sunt TT7K12, TT8K6, TT10K8B și TT20K9. În desemnarea acestui grup de aliaje, numărul de după literele TT indică conținutul de carburi de titan și tantal, iar numărul de după litera K indică procentul de cobalt.

În funcție de conținutul de carbură de tungsten, carbură de titan, carbură de tantal și cobalt, aliajele dure au proprietăți diferite. Cu cât mai mult cobalt, cu atât este mai vâscos aliajul și rezistă mai bine la șoc. Prin urmare, aliajele cu conținut ridicat de cobalt sunt utilizate pentru fabricarea uneltelor care efectuează lucrări de decojire. La prelucrarea oțelului, se folosesc aliaje dure care conțin carbură de titan, deoarece așchiile de oțel se lipesc mai puțin de o unealtă din aceste aliaje.

Aliaje dure tungsten-cobalt.

Conform GOST 3882 - 74 de aliaje dure din grupul VK (tungsten-cobalt) sunt recomandate pentru prelucrarea materialelor fragile (fontă, bronz). Aliajele din grupa TK (titan-tungsten-cobalt) sunt recomandate pentru prelucrare materiale vâscoase(oțel, alamă). Aliajele din grupa titanotantal-tungsten sunt utilizate în condiții nefavorabile de lucru a sculei cu sarcini de șoc, în prelucrarea turnării și forjarilor din oțel.

Materiale ceramice minerale.

Materialele mineralo-ceramice pentru sculele așchietoare sunt realizate sub formă de plăci de oxid de aluminiu Al 2 O 3 (alumină) prin presare la presiune mare urmată de sinterizare. Au duritate mare, rezistență la temperatură (până la 1200°C), rezistență la uzură și rezistență suficientă la compresiune. Dezavantajele acestor materiale includ fragilitatea ridicată și rezistența scăzută la impact. Sculele echipate cu ceramică minerală sunt de obicei folosite pentru finisarea în strunjire cu sarcină constantă și în absența vibrațiilor.

Materiale sintetice.

diamant sintetic caracterizat prin duritate mare și rezistență la uzură, puțin activ din punct de vedere chimic. Are un coeficient de frecare scăzut și o ușoară tendință de a lipi așchii din materialul prelucrat. Dezavantajele diamantului sunt fragilitatea și rezistența la temperatură relativ scăzută (750-850°). Frezele cu diamante sunt utilizate pentru finisarea metalelor neferoase, aliajelor și materialelor nemetalice.

Nitrura de bor cubică (CBN) este un material sintetic superdur (elbor, cubanit, hexanit) format din compuși de bor și azot. Duritatea sa este oarecum mai mică decât duritatea diamantului, dar rezistența la temperatură este mult mai mare (1200 - 1300°C). Este inert din punct de vedere chimic la materialele care conțin carbon, prin urmare, la prelucrarea oțelurilor și a fontelor, rezistența sa la uzură este mult mai mare decât cea a diamantelor. Inserțiile CBN sunt utilizate la sculele de strunjire pentru oțel călit și fontă ductilă.

Pentru fabricarea părții de lucru a sculelor așchietoare se folosesc cinci grupe de materiale pentru scule: oțeluri carbon și aliate pentru scule, oțeluri de mare viteză, aliaje dure, ceramică minerală și materiale superdure.

În procesul de tăiere, sculele suferă forțe specifice mari, sunt expuse la căldură și uzură, astfel încât materialele pentru scule trebuie să aibă anumite proprietăți fizice, mecanice și tehnologice, dintre care principalele sunt: ​​duritatea, rezistența și ductilitatea, rezistența la căldură și conductibilitatea termică. , rezistența la gripare cu materialul piesei de prelucrat, rezistența la uzură, precum și călibilitatea și călibilitatea (pentru oțeluri pentru scule), rezistența la supraîncălzire și oxidare, sudabilitate sau lipire, susceptibilitate la fisurarea lipirii și șlefuire.

Indicatori tehnologici atât de importanți precum performanța de tăiere, durabilitatea, fiabilitatea sculei etc. depind de aceste proprietăți ale acestor materiale.

Practic nu există materiale care să aibă simultan o duritate mare, rezistență, caracteristici termice etc.

Pentru a alege materialul potrivit pentru scule pentru condiții specifice de prelucrare sau pentru a utiliza corect materialul disponibil atunci când o astfel de alegere nu este posibilă, este necesar să se cunoască influența proprietăților acestuia asupra procesului de așchiere.

Duritate. Implementarea procesului de tăiere este posibilă dacă duritatea sculei de tăiere este mult mai mare decât duritatea materialului de prelucrat. Cu cât duritatea sculei este mai mare, cu atât durata de viață a sculei și viteza de tăiere sunt mai mari. Odată cu creșterea durității, rezistența sculei la uzura mecanică crește și mai mult perioadă lungă de timp claritatea rămâne de ultimă oră.

Cu toate acestea, nu pentru toate uneltele și condițiile de prelucrare este recomandabil să alegeți un material pentru scule cu cea mai mare duritate, deoarece odată cu creșterea sa, fragilitatea și tendința de a forma fisuri în timpul lipirii și ascuțirii cresc, iar șlefuirea se deteriorează. Prin urmare, atunci când alegeți un material de sculă, este necesar să luați în considerare nu numai duritatea, ci și celelalte proprietăți ale acestuia.

Putere. În timpul procesului de tăiere, asupra unealta acționează forțe care o supun la compresiune, îndoire, răsucire și alte tipuri de deformare. Capacitatea unei scule de a rezista la deformare este o proprietate foarte importantă și este caracterizată de rezistența la tracțiune. Conceptul de rezistență a sculei are o dublă semnificație: rezistența elementelor de tăiere situate în zona de tăiere și expuse așchiilor care coboară și căldurii rezultate, și rezistența elementelor de sculă netăiătoare. În primul caz, rezistența caracterizează astfel de proprietăți de tăiere ale sculei ca rezistența la rupere fragilă și plastică a piesei de tăiere; în al doilea - rigiditatea, rezistența la vibrații și fiabilitatea instrumentului în ansamblu.

Rezistență la căldură. Proprietățile mecanice ale materialului sculei se modifică sub influența temperaturii de tăiere. Odată cu creșterea temperaturii peste o anumită valoare, duritatea și rezistența materialului scad și ating astfel de valori atunci când unealta începe să se înmoaie rapid, să se uzeze și să-și piardă capacitatea de tăiere.

Temperatura până la care materialul sculei își păstrează capacitatea de tăiere se numește rezistență la căldură (in standardele de stat la oțelurile de scule și de mare viteză se folosește termenul „duritate roșie”, care este identic cu termenul „rezistență la căldură”).

Pentru oțeluri de mare viteză și carbură, aceasta este temperatura la care duritatea scade la HRA 58...60.

Având în vedere că temperatura lamei de tăiere este foarte dependentă de viteza de tăiere (crește odată cu creșterea vitezei), materialele care au o rezistență mai mare la căldură, chiar și cu duritate egală, pot lucra la viteze de tăiere mai mari și pot prelucra materiale mai dure.

Conductivitate termică- această proprietate care afectează temperatura lamei de tăiere în timpul procesării. Cu cât conductivitatea termică este mai mare, cu atât căldura este mai bine îndepărtată din zona de contact a sculei cu materialul piesei de prelucrat și cu atât temperatura de tăiere este mai mică. În plus, materialele cu conductivitate termică mai mare sunt mai puțin predispuse la crăpare în timpul ascuțirii și lipirii.

Rezistenta la aderenta este rezistența la convulsii. Rezistența scăzută la adeziv a materialului sculei duce la o creștere a uzurii sculei, în special la temperaturi și presiuni ridicate în zona de tăiere.

rezistenta la uzura- aceasta este proprietatea materialului sculei de a rezista la efectele mecanice, termice și chimice ale materialului care este prelucrat în timpul procesului de tăiere. Cei mai importanți factori care afectează rezistența la uzură sunt proprietățile discutate mai sus - duritatea, rezistența la căldură, conductivitatea termică, rezistența la adeziv.

Atunci când alegeți un material de sculă, este necesar să se depună eforturi pentru valoarea optimă a rezistenței sale la uzură, ținând cont compoziție chimicăși rezistența, materialul care se prelucrează, natura operațiunii și proiectarea sculei, rigiditatea echipamentului, posibilitatea de utilizare a lichidului de răcire etc.

1.2. Oteluri pentru scule

În funcție de compoziția chimică, gradul de aliere, oțelurile pentru scule sunt împărțite în carbon pentru scule, oțeluri aliate pentru scule și oțeluri de mare viteză. Proprietățile fizice și mecanice ale acestor oțeluri la temperatură normală sunt destul de apropiate, diferă în ceea ce privește rezistența la căldură și călibilitatea în timpul călirii.

Dezintegrarea martensitei în timpul încălzirii (în timpul tăierii) s-a întărit oteluri carbon are loc la 200°C. În oțelurile aliate și de mare viteză, înmuierea martensitei este restrânsă de prezența elementelor de aliere. În oțelurile aliate pentru scule, conținutul de masă al elementelor de aliere nu este suficient pentru a lega tot carbonul în carburi, prin urmare, rezistența la căldură a oțelurilor din acest grup este cu doar 50 ... 100 ° C mai mare decât rezistența la căldură a oțelurilor carbon pentru scule. În oțelurile de mare viteză, ele se străduiesc să lege tot carbonul în carburi ale elementelor de aliere, eliminând în același timp posibilitatea formării carburilor de fier. Datorită acestui fapt, înmuierea oțelurilor de mare viteză are loc la temperaturi mai ridicate.

MINISTERUL EDUCAȚIEI ȘI ȘTIINȚEI

FEDERAȚIA RUSĂ

UNIVERSITATEA TEHNICĂ DE STAT NOVOSIBIRSK

TEST

în tehnologia ingineriei

Subiect: " Materiale pentru scule »

Efectuat:

Student al grupului OTZ-873

Vasileva Olga Mihailovna

Verificat:

Martynov Eduard Zaharovich

Tatarsk 2010

Introducere……………………………………………………………………………………………………………………3

1. Cerințe de bază pentru materialele pentru scule……………….…..4

2. Tipuri de materiale de scule………………………………………………………………….…..6

2.1. Oțeluri de scule carbon și aliaje ………………………………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………………………… …………………………………………….6

2.2. Oțeluri de mare viteză………………………………………………………….………....7

3. Aliaje dure……………………………………………………………………………………….……8

3.1.Materiale mineralo-ceramice…………………………………………………………………....10

3.2. Materiale metalo-ceramice………………………………………………………..11

3.3. Materiale abrazive………………………………………………………………………..…..12

4. Caracteristici de obținere a materialelor de scule pe bază de diamant și nitrură de bor cubic……………………………………………………………………………………………. .14

5. Oțeluri pentru fabricarea carcasei de elemente………………………………………….…..16 Concluzie……………………………………………………………… ……… ……………………………….…...17 Lista referințelor…………………………………………………………………………….. ….18

Introducere

Istoria dezvoltării prelucrării metalelor arată că unul dintre moduri eficiente creșterea productivității muncii în inginerie mecanică este utilizarea de noi materiale de scule. De exemplu, utilizarea oțelului de mare viteză în locul oțelului carbon pentru scule a făcut posibilă creșterea vitezei de tăiere de 2...3 ori. Acest lucru a necesitat o îmbunătățire semnificativă în proiectarea mașinilor de tăiat metal, în primul rând pentru a le crește viteza și puterea. Un fenomen similar a fost observat

de asemenea, atunci când este folosit ca material pentru scule din aliaje dure.

Materialul sculei trebuie să aibă o duritate mare pentru a tăia așchii pentru o lungă perioadă de timp. Un exces semnificativ de duritate a materialului sculei în comparație cu duritatea piesei de prelucrat trebuie menținut chiar și atunci când unealta este încălzită în timpul procesului de tăiere. Capacitatea materialului sculei de a-și menține duritatea la temperaturi ridicate de încălzire determină duritatea roșie a acestuia (rezistența la căldură). Partea de tăiere a sculei trebuie să aibă o dimensiune mare

rezistenta la uzura in conditii de presiuni si temperaturi ridicate.

O cerință importantă este, de asemenea, o rezistență suficient de mare a materialului sculei, deoarece rezistența insuficientă are ca rezultat ciobirea muchiilor de tăiere sau ruperea sculei, în special cu dimensiunile lor mici.

Materialele pentru scule trebuie să aibă proprietăți bune de prelucrare, de ex. ușor de prelucrat în procesul de fabricare a sculelor și de rectificare și, de asemenea, să fie relativ ieftină. În prezent, oțelurile de scule (carbon, aliaje și de mare viteză), aliajele dure, materialele mineralo-ceramice, diamantele și alte materiale superdure și abrazive sunt utilizate pentru fabricarea elementelor de tăiere ale sculelor.

1. Cerințe de bază pentru materialele unelte.

Principalele cerințe pentru materialele unelte sunt următoarele:

1. Materialul de scule trebuie să aibă duritate mare.

Duritatea materialului sculei trebuie să fie de cel puțin 1,4 - 1,7 ori mai mare decât duritatea materialului prelucrat.

2. La tăierea metalelor, se eliberează o cantitate semnificativă de căldură, iar partea de tăiere a sculei se încălzește. Prin urmare, materialul instrumental trebuie să aibă rezistență ridicată la căldură . Se numește capacitatea unui material de a menține duritatea ridicată la temperaturi de tăiere rezistență la căldură .. Pentru oțel de mare viteză - rezistența la căldură este numită și duritate roșie (adică, păstrarea durității atunci când este încălzită la temperaturile la care oțelul începe să strălucească)

O creștere a nivelului de rezistență la căldură a materialului sculei îi permite să lucreze la viteze mari de tăiere (Tabelul 1).

Tabelul 1 - Rezistența la căldură și viteza de tăiere admisă a materialelor sculelor.

3. O cerință importantă este suficientă putere mare material pentru scule. Dacă duritatea ridicată a materialului părții de lucru a sculei nu este prevăzută cu rezistența necesară, atunci aceasta duce la ruperea sculei și la ciobirea muchiilor de tăiere.

Astfel, materialul sculei trebuie să aibă un nivel suficient de duritate și să reziste la apariția fisurilor (adică să aibă o duritate mare la rupere).

4. Materialul de scule trebuie să aibă rezistență mare la uzură la temperatură ridicată, adică au o bună rezistență la abraziune de către materialul piesei de prelucrat, care se manifestă prin rezistența materialului la oboseala de contact.

5. Stare necesara atingerea unor proprietăți de tăiere ridicate ale sculei este activitate fizică și chimică scăzută a materialului sculei în raport cu cel prelucrat . Prin urmare, proprietățile cristalo-chimice ale materialului sculei trebuie să difere semnificativ de proprietățile corespunzătoare ale materialului care este prelucrat. Gradul unei astfel de diferențe afectează puternic intensitatea proceselor fizice și chimice (procese de aderență-oboseală, coroziune-oxidare și difuzie) și uzura plăcuțelor de contact ale sculei.

6. Materialul sculei trebuie să aibă proprietăți tehnologice , oferind condiții optime pentru fabricarea sculelor din acesta. Pentru oțelurile pentru scule, acestea sunt o prelucrabilitate bună prin tăiere și presiune; caracteristici favorabile ale tratamentului termic (sensibilitate scăzută la supraîncălzire și decarburare, întărire și întărire bună, deformare și fisurare minimă în timpul călirii etc.); șlefuire bună după tratament termic.

2. TIPURI DE MATERIALE DE SCULE

Pentru sculele așchietoare se folosesc oțeluri de mare viteză, precum și, în cantități mici, oțeluri carbon hipereutectoide cu un conținut de carbon de 0,7-1,3% și un conținut total de elemente de aliere (siliciu, mangan, crom și wolfram) de la 1,0 până la 3,0 %.

2.1. Oțeluri de scule carbon și aliate.

Anterior, au început să fie utilizate alte materiale pentru fabricarea sculelor de tăiere oțeluri de scule carbon clasele U7, U7A...U13, U13A. Pe lângă fier și carbon, aceste oțeluri conțin 0,2 ... 0,4% mangan. Uneltele din oțel carbon au duritate suficientă la temperatura camerei, dar rezistența la căldură este scăzută, deoarece la temperaturi relativ scăzute (200 ... 250 ° C) duritatea lor scade brusc.

oțeluri de scule aliate, prin compoziția lor chimică, se deosebesc de cele de carbon printr-un conținut crescut de siliciu sau mangan, sau prin prezența unuia sau mai multor elemente de aliere: crom, nichel, wolfram, vanadiu, cobalt, molibden. Pentru sculele așchietoare se folosesc oțeluri slab aliate 9ХФ, 11ХФ, 13Х, V2F, ХВ4, ХВСГ, ХВГ, 9ХС etc.. Aceste oțeluri au proprietăți tehnologice mai înalte - întăribilitate și călire mai bună, dar mai puțină tendință de întărire, dar mai mică. rezistenta este de 350 ... 400 °C si de aceea sunt folosite la fabricarea sculelor de mana (alezoare) sau a sculelor destinate prelucrarii pe masini cu viteze mici de taiere (burghii mici, robineti).

Trebuie remarcat faptul că în ultimii 15-20 de ani nu au existat modificări semnificative ale acestor calități, totuși, există o tendință constantă de scădere a ponderii acestora în volumul total de materiale de scule utilizate.

2.2. Oțeluri de mare viteză.

În prezent, oțelurile de mare viteză sunt principalul material pentru fabricarea sculelor așchietoare, în ciuda faptului că sculele din carbură, ceramica și STM oferă performanțe de prelucrare mai mari.

Utilizarea pe scară largă a oțelurilor de mare viteză pentru fabricarea sculelor de formă complexă este determinată de o combinație de valori ridicate de duritate (până la [email protected]) și rezistență la căldură (600-650°C) cu un nivel ridicat de rezistență și tenacitate fragilă, depășind semnificativ valorile corespunzătoare pentru aliajele dure. În plus, oțelurile de mare viteză au o fabricabilitate destul de ridicată, deoarece sunt bine prelucrate prin presiune și tăiere în stare recoaptă.

În denumirea oțelului de mare viteză, litera P înseamnă că oțelul este de mare viteză, iar numărul care urmează literei indică conținutul fracției medii de masă a tungstenului în%. Următoarele litere indică: M - molibden, F - vanadiu, K - cobalt, A - azot. Numerele care urmează după litere indică fracția lor medie de masă în %. Conținutul de fracție de masă de azot este de 0,05-0,1%.

Oțelurile moderne de mare viteză pot fi împărțite în trei grupe: rezistență la căldură normală, mare și ridicată.

La oţeluri rezistență normală la căldură includ tungsten R18 și oțel tungsten-molibden R6M5 (Tabelul 2.2). Aceste oțeluri au o duritate în stare călită de 63…64 HRC, rezistență la încovoiere de 2900…3400 MPa, rezistență la impact de 2,7…4,8 J/m 2 și rezistență la căldură de 600…620°C. Aceste clase de oțel sunt cele mai utilizate pe scară largă la fabricarea sculelor de tăiere. Volumul producției de oțel R6M5 atinge 80% din producția totală de oțel de mare viteză. Se folosește la prelucrarea oțelurilor de structură, a fontelor, a metalelor neferoase, a materialelor plastice.

Oțeluri cu rezistență crescută la căldură caracterizat printr-un conținut ridicat de carbon, vanadiu și cobalt.

Printre oteluri cu vanadiu cea mai folosită marcă R6M5F3.

Alături de rezistența ridicată la uzură, oțelurile cu vanadiu

au o șlefubilitate slabă din cauza prezenței carburilor de vanadiu (VC), deoarece duritatea acestora din urmă nu este inferioară durității boabelor discului electrocorindon (Al 2 O 3). Prelucrabilitatea în timpul șlefuirii - „slefuibilitatea” - este cea mai importantă proprietate tehnologică, care determină nu numai caracteristicile în fabricarea sculelor, ci și în timpul funcționării acesteia (reșlefuire).

Tabelul 2. Compoziția chimică a oțelurilor de mare viteză

3.3. Abrazive Un loc mare în producția modernă de piese de mașini este ocupat de procesele de șlefuire, în care sunt utilizate diverse unelte abrazive. Elementele de tăiere ale acestor scule sunt granule dure și rezistente la căldură din material abraziv, cu margini ascuțite. Materialele abrazive sunt împărțite în naturale și artificiale. Materialele abrazive naturale includ minerale precum cuarțul, smirghelul, corindonul etc. Materialele abrazive naturale sunt foarte eterogene și conțin impurități străine. Prin urmare, în ceea ce privește calitatea proprietăților abrazive, acestea nu răspund nevoilor în creștere ale industriei. În prezent, prelucrarea materialelor abrazive artificiale ocupă un loc de frunte în inginerie mecanică. Cele mai comune materiale abrazive artificiale sunt electrocorindonul, siliciul și carburile de bor. Materialele abrazive artificiale includ și pulberi de lustruire și finisare - oxizi de crom și fier. Un grup special de materiale abrazive artificiale sunt diamantele sintetice și nitrura de bor cubică. Electrocorindul se obține prin topirea electrică a materialelor bogate în oxid de aluminiu, de exemplu, din bauxită sau alumină, amestecate cu un agent reducător (antracit sau cocs). Electrocorindonul este produs în următoarele soiuri: normal, alb, crom, titan, zirconiu, monocorindon și sferocorundum. Electrocorindul normal conține 92-95% oxid de aluminiu și este împărțit în mai multe grade: 12A, 13A, 14A, 15A, 16A. Boabele de electrocorindon normal, împreună cu duritatea ridicată și rezistența mecanică, au o vâscozitate semnificativă, care este necesară atunci când se efectuează lucrări cu sarcini variabile la presiuni mari. Prin urmare, electrocorindul normal este utilizat pentru prelucrarea diferitelor materiale cu rezistență crescută: oțeluri carbon și aliaje, fontă maleabilă și de înaltă rezistență, aliaje de nichel și aluminiu. Electrocorindonul alb clasele 22A, 23A, 24A, 25A se disting printr-un conținut ridicat de oxid de aluminiu (98-99%). În comparație cu electrocorindonul normal, este mai dur, are capacitate abrazivă și fragilitate crescută. Electrocorindonul alb poate fi folosit pentru prelucrarea acelorași materiale ca și electrocorindonul obișnuit. Cu toate acestea, datorită costului său mai mare, este utilizat în lucrări mai solicitante pentru șlefuirea finală și a profilului, șlefuirea filetului și ascuțirea sculelor de tăiere. Electrocorindonul de crom clasele 32A, ZZA, 34A, împreună cu oxidul de aluminiu A12O3, conține până la 2% oxid de crom Cr2O3. Adăugarea de oxid de crom îi modifică microstructura și structura. În ceea ce privește rezistența, electrocorindul de crom se apropie de electrocorindul normal, iar în ceea ce privește proprietățile de tăiere - de electrocorindonul alb. Se recomanda folosirea electrocorindonului de crom pentru slefuirea cilindrica a produselor din oteluri structurale si carbon in conditii intensive, unde asigura o crestere a productivitatii cu 20-30% fata de electrocorindonul alb. Electrocorindonul de titan grad 37A împreună cu oxidul de aluminiu conține oxid de titan TiO2. Se deosebește de electrocorundum normal prin o mai mare constanță a proprietăților și o viscozitate crescută. Acest lucru îi permite să fie utilizat în condiții de sarcini grele și inegale. Electrocorindul de titan este utilizat în operațiunile preliminare de șlefuire cu îndepărtare sporită a metalului. Electrocorundum zirconiu de calitate ZZA împreună cu oxid de aluminiu conține oxid de zirconiu. Are o rezistență ridicată și este utilizat în principal pentru operațiuni de decojire cu presiuni specifice de tăiere ridicate. Monocorindonul clasele 43A, 44A, 45A se obține sub formă de bob cu rezistență crescută, muchii ascuțite și vârfuri cu o proprietate de auto-ascuțire mai pronunțată în comparație cu electrocorindonul. Acest lucru îi oferă proprietăți de tăiere sporite. Monocorindul este preferat pentru șlefuirea oțelurilor și aliajelor greu de tăiat, pentru șlefuirea de precizie a profilelor complexe și pentru șlefuirea uscată a sculelor așchietoare, Sferocorindul conține mai mult de 99% A1203 și se obține sub formă de sfere goale. În procesul de măcinare, sferele sunt distruse odată cu formarea de margini ascuțite. Se recomandă utilizarea sferocorundum-ului atunci când se prelucrează materiale precum cauciucul, materialele plastice, metalele neferoase. Carbura de siliciu se obține prin reacția silicei și carbonului în cuptoare electrice și apoi zdrobirea în boabe. Este format din carbură de siliciu și o cantitate mică de impurități. Carbura de siliciu are o duritate mare, superioară durității electrocorindonului, rezistență mecanică ridicată și capacitate de tăiere. Carbura de siliciu neagră clasele 53C, 54C, 55C sunt utilizate pentru prelucrarea materialelor dure, casante și foarte dure; aliaje dure, fontă, sticlă, metale neferoase, materiale plastice. Carbura de siliciu verde de gradele 63C, 64C este folosit pentru ascuțirea sculelor din carbură, șlefuirea ceramicii. Carbura de bor B4C are duritate mare, rezistență ridicată la uzură și capacitate abrazivă. În același timp, carbura de bor este foarte fragilă, ceea ce determină utilizarea sa în industrie sub formă de pulberi și paste pentru finisarea sculelor de tăiere din aliaje dure. Materialele abrazive se caracterizează prin proprietăți de bază precum forma granulelor abrazive, granularitatea, duritatea, rezistența mecanică, capacitatea de abraziune a boabelor. Duritatea materialelor abrazive se caracterizează prin rezistența boabelor la șlefuirea suprafeței, impactul local al forțelor aplicate. Trebuie să fie mai mare decât duritatea materialului prelucrat. Duritatea materialelor abrazive este determinată prin zgârierea vârfului unui corp pe suprafața altuia sau prin presarea unei piramide de diamant sub o încărcare mică în boabele abrazive. Rezistența mecanică se caracterizează prin zdrobirea boabelor sub influența forțelor externe. Evaluarea rezistenței se realizează prin zdrobirea unei mostre de granule abrazive într-o matriță de oțel sub o presă folosind o anumită sarcină statică. Condițiile de degroșare cu îndepărtare mare a metalului necesită abrazivi puternici, în timp ce șlefuirea fină și prelucrarea materialelor greu de tăiat preferă abrazivele cu fragilitate mai mare și cu capacitatea de auto-ascuțire.

4. Caracteristici de obținere a materialelor de scule pe bază de diamant și nitrură de bor cubică

Diamantul ca material pentru scule a fost utilizat pe scară largă în inginerie mecanică în ultimii ani. Lansat în prezent un numar mare de o varietate de scule care folosesc diamante: roți de șlefuit, scule pentru îmbrăcarea discurilor de șlefuit din electrocorindon și carbură de siliciu, paste și pulberi pentru operațiuni de finisare și șlefuire. Cristalele de diamant de dimensiuni considerabile sunt folosite pentru fabricarea de freze diamantate, freze, burghie și alte scule de tăiere. Domeniul de aplicare al instrumentului cu diamant se extinde în fiecare an. Diamantul este una dintre modificările structurii cristalului de carbon. Diamantul este cel mai dur mineral cunoscut în natură. Duritatea ridicată a diamantului se explică prin particularitatea structurii sale cristaline, puterea legăturilor atomilor de carbon din rețeaua cristalină, situate la distanțe egale și foarte mici unul de celălalt. Coeficientul de conductivitate termică al diamantului este de două sau mai multe ori mai mare decât cel al aliajului VK8, astfel încât căldura este îndepărtată relativ rapid din zona de tăiere. Cererea crescută de unelte cu diamante nu poate fi satisfăcută pe deplin de diamantele naturale. În prezent stăpânit productie industriala diamante sintetice din grafit la presiuni mari și temperaturi ridicate. Diamantele sintetice pot fi de diferite grade, care diferă ca rezistență, fragilitate, suprafață specifică și forma granulelor. În ordinea creșterii rezistenței, scăderii fragilității și a suprafeței specifice, gradele de pulbere de măcinat din diamante sintetice sunt dispuse astfel: AC2, AC4, AC6, AC15, AC32. Printre noile tipuri de materiale de scule se numără policristalele superdure pe bază de diamant și nitrură de bor cubică.

Nitrura cubică de bor (CBN) este un material foarte dur care nu are analog natural. Pentru prima dată, nitrura de bor cubică a fost sintetizată în 1956 (de către General Electric Company) la presiuni înalte (peste 4,0 GPa) și temperaturi ridicate (peste 1473 K) din nitrură de bor hexagonală în prezența substanțelor alcaline și metale alcalino-pământoase(plumb, antimoniu, cositor etc.). Nitrura de bor cubică produsă de General Electric a fost numită Borazon.

Diametrul semifabricatelor din policristale superdure este în intervalul 4-8mm, iar înălțimea este de 3-4mm. Astfel de dimensiuni ale pieselor de prelucrat, precum și o combinație de proprietăți fizice și mecanice, fac posibilă utilizarea cu succes a materialelor considerate ca material pentru fabricarea părții de tăiere a unor scule precum freze, freze etc. Pe bază de diamant superhard. policristalele sunt deosebit de eficiente în tăierea materialelor precum fibra de sticlă, metalele neferoase și aliajele acestora, aliajele de titan. Distribuția semnificativă a compozitelor considerate se explică printr-o serie de proprietăți unice inerente acestora - duritate apropiată de duritatea diamantului, conductivitate termică ridicată și inerție chimică față de fier. Cu toate acestea, au o fragilitate crescută, ceea ce face imposibilă utilizarea lor sub sarcini de șoc. Uneltele din compozit 09 și 10 sunt mai rezistente la impact și sunt eficiente în prelucrarea la sarcini grele și la impact a oțelurilor întărite și a fontelor. Utilizarea materialelor sintetice superdure are un impact semnificativ asupra tehnologiei ingineriei mecanice, deschizând perspectiva înlocuirii, în multe cazuri, a șlefuirii, strunjirii și frezării. vedere în perspectivă materialul pentru scule sunt plăci cu două straturi de forme rotunde, pătrate, triedrice sau hexagonale. Stratul superior al plăcilor este format din diamant policristalin, iar cel inferior este realizat dintr-un aliaj dur sau un substrat metalic. Prin urmare, inserțiile pot fi folosite pentru unelte ținute mecanic în suport. Aliajul Silinit-R pe bază de nitrură de siliciu cu adaosuri de oxid de aluminiu și titan ocupă o poziție intermediară între aliajele dure pe bază de carbură și materialele superdure pe bază de diamant și nitrură de bor. Studiile au arătat că poate fi folosit pentru strunjirea fină a oțelurilor, fontei, aluminiului și aliajelor de titan. Avantajul acestui aliaj este că nitrura de siliciu nu va deveni niciodată rară. 5. Oteluri pentru fabricarea carcasei de elemente Pentru sculele prefabricate, corpurile și elementele de prindere sunt realizate din oțel structural de clase: 45, 50, 60, 40X, 45X, U7, U8, 9XS etc. Cel mai utilizat este oțelul 45, din care suporturi de tăiere, tije de foraj, freze , alezoare, robinete, corpuri de tăiere prefabricate, bare de alezat. Pentru fabricarea de cutii de scule care funcționează în conditii dificile, utilizați oțel 40X. După călire în ulei și revenire, menține precizia canelurilor în care sunt introduse cuțitele. În cazul în care părțile individuale ale corpului sculei lucrează pentru uzură, alegerea gradului de oțel este determinată de considerente de obținere a durității ridicate în punctele de frecare. Astfel de instrumente includ, de exemplu, burghie din carbură, freze, în care benzile de ghidare vin în contact cu suprafața găurii prelucrate în timpul funcționării și se uzează rapid. Pentru corpul unor astfel de scule se folosește oțel carbon pentru scule, precum și oțel pentru scule aliat 9XC. Concluzie

Dezvoltare tehnologie nouă dictează cerințele pentru dezvoltarea de noi materiale, care includ materiale superdure. În mod tradițional, ele sunt utilizate în prelucrarea metalelor, fabricarea de scule, prelucrarea pietrei și a sticlei, materiale de construcții, ceramică, ferite, semiconductoare și alte materiale. În ultimii ani, s-a desfășurat o muncă intensă privind utilizarea diamantelor în electronică, tehnologie laser, medicină și alte domenii ale științei și tehnologiei. În țările industrializate ale lumii, se acordă multă atenție producției de materiale superdure și produse din acestea. Federația Rusăîn ultimii ani a făcut progrese semnificative în crearea unei producții interne de diamante. O mare contribuție la rezolvarea acestei probleme o aduce programul științific și tehnic de stat „Diamante”, în mare parte datorită sprijinului căruia peste 25% din nevoile republicii de produse diamantate sunt acum satisfăcute prin producția proprie.

O soluție mai completă a problemei înlocuirii importurilor necesită eforturi suplimentare pentru îmbunătățirea și dezvoltarea materialelor și tehnologiilor existente existente și pentru producerea de materiale superdure și produse pe baza acestora, extinzându-și domeniile de aplicare. Astăzi, lucrările în domeniul materialelor superdure din Rusia se desfășoară într-o gamă largă de probleme, inclusiv: sinteza pulberilor de diamant și nitrură de bor cubic, creșterea unor cristale simple mari de diamant, creșterea monocristalelor prețioase. pietre, producerea de policristale de diamant, nitrură de bor cubică și compoziții pe bază de acestea, inclusiv utilizarea nanopulberilor, dezvoltarea de noi materiale compozite care conțin diamante și tehnologii pentru obținerea de scule din acestea, dezvoltarea tehnologiei și echipamentelor de aplicare. folii și acoperiri diamantate, certificarea produselor din diamant, precum și dezvoltarea de instalații pentru producția de produse din diamant.

1. Materiale noi de scule și domenii de aplicare a acestora. Manual indemnizaţie / V.V. Kolomiets, - K .: UMK VO, 1990. - 64 p.

2. Vasin S.A., Vereshchaka A.S., Kushnir V.S. Taierea metalelor: Abordarea termomecanica a sistemului de relatii in taiere: Uchebn. pentru tehnologie. universități. - M .: Editura MSTU im. N.E. Bauman, 2001. - 448 p.

3. Sculă din carbură pentru prelucrarea metalelor: V.S. Samoilov, E.F. Eichmans, V.A. Falkovsky și alții - M .: Mashinostroenie, 1988. - 368 p.

4. Scule din materiale superdure / Ed. N.V. Novikova. - Kiev: ISM NASU, 2001. - 528 p.

In stoc!
Protecție împotriva radiațiilor în timpul sudării și tăierii. Alegere mare.
Livrare in toata Rusia!

Pentru a asigura operabilitatea unei scule de tăiere a metalelor, este necesar să se fabrice partea sa de lucru dintr-un material care are un complex de anumite proprietăți fizice și mecanice (duritate mare, rezistență la uzură, rezistență, rezistență la căldură etc.). Materialele care îndeplinesc cerințele acestui complex și care sunt capabile de tăiere se numesc materiale de scule. Să luăm în considerare proprietățile fizice și mecanice ale materialelor sculelor.

Pentru a pătrunde în straturile de suprafață ale piesei de prelucrat, lamele de tăiere ale părții de lucru a uneltelor trebuie să fie realizate din materiale cu duritate mare. Duritatea materialelor sculei poate fi naturală (adică, inerentă materialului în timpul formării acestuia) sau obținută prin prelucrare specială. De exemplu, oțelurile pentru scule livrate cu uzine metalurgice ușor de prelucrat. După prelucrarea, tratamentul termic, șlefuirea și ascuțirea uneltelor din oțel, rezistența și duritatea acestora cresc dramatic.

Duritatea este determinată prin diferite metode. Duritatea Rockwell este indicată prin numere care caracterizează numărul durității și prin literele HR care indică scala de duritate A, B sau C (de exemplu, HRC). Duritatea oțelurilor pentru scule tratate termic este măsurată pe scara Rockwell C și este exprimată în unități HRC convenționale. Cel mai stabil mod de funcționare și cea mai mică uzură a lamelor de scule din oțel de scule și tratate termic se realizează cu o duritate de HRC 63 ... 64. Cu o duritate mai mică, uzura lamelor sculei crește, iar cu o duritate mai mare, lamele încep să se prăbușească din cauza fragilității excesive.

Metalele cu o duritate de HRC 30 ... 35 sunt prelucrate satisfăcător cu unelte din oțeluri de scule tratate termic (HRC 63 ... 64), adică cu un raport de duritate de aproximativ doi. Pentru prelucrarea metalelor tratate termic (HRC 45...55), este necesar să se utilizeze scule realizate numai din aliaje dure. Duritatea lor este măsurată pe scara Rockwell A și are valori HRA de 87...93. Duritatea ridicată a materialelor sintetice pentru scule le permite să fie utilizate pentru prelucrarea oțelurilor călite.

În procesul de tăiere, forțe de tăiere de până la 10 kN sau mai mult acționează asupra părții de lucru a sculelor. Sub acțiunea acestor forțe apar solicitări mari în materialul piesei de lucru. Pentru ca aceste tensiuni sa nu conduca la distrugerea sculei, materialele sculei folosite la fabricarea acesteia trebuie sa aiba o rezistenta suficient de mare.

Dintre toate materialele instrumentale cea mai buna combinatie caracteristicile de rezistență au oțelurile pentru scule. Astfel piesa de lucru uneltele realizate din oțeluri de scule rezistă cu succes naturii complexe a încărcării și pot lucra la compresiune, torsiune, încovoiere și tensiune.

Ca urmare a eliberării intense de căldură în procesul de tăiere a metalelor, lamele instrumentului sunt încălzite și, în cea mai mare măsură, suprafețele lor. La o temperatură de încălzire sub cea critică (are valori diferite pentru diferite materiale), starea structurală și duritatea materialului sculei nu se modifică. Dacă temperatura de încălzire o depășește pe cea critică, atunci apar modificări structurale ale materialului și scăderea asociată a durității. Temperatura critică se mai numește și temperatură de duritate roșie. Termenul „duritate roșie” se bazează pe proprietatea fizică a metalelor de a emite lumină roșie închisă atunci când sunt încălzite la 600 °C. Duritatea roșie este capacitatea unui material de a menține duritatea ridicată și rezistența la uzură la temperaturi ridicate. În esență, duritatea roșie înseamnă rezistența la temperatură a materialelor sculelor. Rezistența la temperatură a diferitelor materiale de scule variază într-o gamă largă: 220... 1800°C.

O creștere a capacității de lucru a unei scule de tăiere poate fi realizată nu numai prin creșterea rezistenței la temperatură a materialului sculei, ci și prin îmbunătățirea condițiilor de îndepărtare a căldurii degajate în timpul tăierii pe lama sculei și determinând încălzirea acesteia până la temperaturi ridicate. . Cum cantitate mare căldura este îndepărtată din lamă adânc în instrument, cu atât temperatura este mai scăzută pe suprafețele sale de contact. Conductivitatea termică a materialelor sculelor depinde de compoziția lor chimică și de temperatura de încălzire.

De exemplu, prezența în oțel a unor elemente de aliere precum wolfram și vanadiul reduce proprietățile de conducție termică ale oțelurilor pentru scule, în timp ce alierea acestora cu titan, cobalt și molibden, dimpotrivă, o crește semnificativ.

Valoarea coeficientului de frecare de alunecare a materialului piesei de prelucrat asupra materialului sculei depinde de compoziția chimică și de proprietățile fizice și mecanice ale materialelor perechilor de contact, precum și de tensiunile de contact pe suprafețele de frecare și de viteza de alunecare.

Coeficientul de frecare este legat funcțional de forța de frecare și de lucrul forțelor de frecare pe traseul de alunecare reciprocă a sculei și piesei de prelucrat, astfel încât valoarea acestui coeficient afectează rezistența la uzură a materialelor sculei.

Interacțiunea sculei cu materialul prelucrat are loc în condiții de contact constant (în mișcare). În acest caz, ambele corpuri care formează o pereche de frecare se uzează reciproc.

Materialul fiecăruia dintre corpurile care interacționează are:

• proprietatea de a abraza materialul cu care interacționează;
• rezistenta la uzura, de ex. capacitatea unui material de a rezista la acțiunea abrazivă a altui material.

Uzura lamelor sculei are loc pe toata perioada de interactiune cu materialul prelucrat. Ca urmare, lamele sculei își pierd o parte din proprietățile de tăiere, forma suprafețelor de lucru ale sculei se modifică.

Rezistența la uzură nu este o proprietate invariabilă a materialelor sculelor, ea depinde de condițiile de tăiere.

Materialele moderne de scule îndeplinesc cerințele discutate mai sus. Ele sunt împărțite în următoarele grupuri:

• oteluri pentru scule;
• aliaje dure (cermet);
• ceramică minerală și cermet;
• compoziții sintetice de nitrură de bor;
• diamante sintetice.

Oțelurile pentru scule sunt împărțite în carbon, aliaj și viteze mari.

Oțelurile carbon pentru scule sunt utilizate pentru fabricarea sculelor care funcționează la viteze mici de așchiere.

Clasele unor astfel de oțeluri sunt notate cu litera Y (carbon), apoi prin numere care arată conținutul de carbon din oțel (în zecimi de procente), litera A de la sfârșitul calității înseamnă că oțelul este înalt. calitate (conținutul de sulf și fosfor nu este mai mare de 0,03% din fiecare element).

Principalele proprietăți ale oțelurilor de scule carbon sunt duritatea ridicată (HRC 62...65) și rezistența la temperaturi scăzute.

Ferăstraiele sunt fabricate din oțel de clase U9 și U10A; din oțel de calitate U11; U11A; U12 - robinete de mână etc.

Rezistența la temperatură a oțelurilor claselor U10A...U13A este de 220 °C, de aceea se recomandă utilizarea unor scule din aceste oțeluri la o viteză de tăiere de 8...10 m/min.

Oțelul de scule aliat, în funcție de principalele elemente de aliere, poate fi crom (X), crom-siliciu (XS), wolfram (B), crom-tungsten-mangan (CVG) etc.

Calitățile acestor oțeluri sunt indicate prin cifre și litere (primele litere ale denumirilor elementelor de aliere). Prima cifră din stânga literelor arată conținutul de carbon în zecimi de procent (dacă conținutul de carbon este mai mic de 1%), cifrele din dreapta literelor arată conținutul mediu al elementului de aliere în procente.

Tarodele și matrițele sunt fabricate din oțel de grad X, burghiile, alezoarele, robinetele și matrițele sunt fabricate din oțel 9XC. Oțelul B1 este recomandat pentru fabricarea de burghie mici, robinete și alezoare.

Rezistența la temperatură a oțelurilor pentru scule aliate este de 350...400°C, prin urmare, vitezele de tăiere admise pentru sculele din aceste oțeluri sunt de 1,2...1,5 ori mai mari decât pentru uneltele din oțeluri de scule carbon.

Oțelurile de mare viteză (aliate înalte) sunt cel mai des folosite pentru fabricarea burghiilor, frezei și robinetelor. Clasele oțelurilor de mare viteză sunt notate cu litere și cifre, de exemplu R6MZ. Litera P înseamnă că oțelul este de mare viteză, numerele de după acesta arată conținutul mediu de wolfram în procente, literele și cifrele rămase indică la fel ca în clasele de oțel aliat. Cele mai importante componente ale oțelurilor de mare viteză sunt wolfram, molibdenul, cromul și vanadiul.

Oțelurile de mare viteză, în funcție de proprietățile de așchiere, se împart în oțeluri de productivitate normală și crescută. Oțelurile cu performanță normală includ oțel tungsten de calitatea P18; P9; R9F5 și clase de oțel tungsten-molibden R6MZ; R6M5, păstrând o duritate de cel puțin HRC 58 până la o temperatură de 620 °C. Oțelurile de înaltă performanță includ clasele R18F2; R14F4; R6M5K5; R9M4K8; P9K5; P9K10; R10K5F5; R18K5F2, păstrând duritatea HRC 64 până la o temperatură de 630...640°C.

Oțeluri de productivitate normală - duritate HRC 65, rezistență la temperatură 620 ° C, rezistență la încovoiere 3 ... 4 GPa (300 ... 400 kgf / mm 2) - concepute pentru prelucrarea oțelurilor carbon și slab aliate cu rezistență la încovoiere de până la 1 GPa (100 kgf / mm 2), fontă cenușie și metale neferoase. Oțeluri rapide de productivitate crescută, aliate cu cobalt sau vanadiu (duritate HRC 70...78, rezistență la temperatură 630...650°С, rezistență la încovoiere 2,5...2,8 GPa, sau 250...280 kgf/mm 2), sunt proiectate pentru prelucrarea oțelurilor și aliajelor greu de tăiat și cu o rezistență la încovoiere mai mare de 1 GPa (100 kgf / mm 2) - pentru prelucrarea aliajelor de titan.

Toate sculele fabricate din oțeluri de scule sunt supuse unui tratament termic. Uneltele din oțel de mare viteză pot funcționa la mai mult de viteze mari tăiere decât sculele din oțeluri carbon și aliate pentru scule.

Aliajele dure sunt împărțite în metal-ceramice și mineral-ceramice. Forma plăcilor din aceste aliaje depinde de proprietățile lor mecanice. Sculele echipate cu inserții din carbură de tungsten permit viteze de tăiere mai mari decât sculele HSS.

Aliajele dure metal-ceramice sunt împărțite în wolfram, tungsten-titan și titan-tungsten-tantal. Aliajele de tungsten din grupul VK constau din tungsten și carburi de titan. Calitățile acestor aliaje sunt desemnate prin litere și cifre, de exemplu VK2; VKZM; BK4; BK6; VK6M; VK8; VK8V. Litera B înseamnă carbură de tungsten, litera K înseamnă cobalt, iar numărul arată procentul de cobalt (restul este carbură de tungsten). Litera M, dată la sfârșitul unor grade, înseamnă că aliajul este cu granulație fină. O unealtă realizată din acest aliaj are o rezistență crescută la uzură, dar rezistența la impact este redusă. Uneltele din aliaje dure de wolfram sunt folosite pentru prelucrarea fontei, a metalelor neferoase și a aliajelor acestora și a materialelor nemetalice (cauciuc, plastic, fibre, sticlă etc.).

Aliajele de tungsten-titan din grupul TK constau din tungsten, titan și carburi de cobalt. Calitățile acestor aliaje sunt desemnate prin litere și cifre, de exemplu T5K10; T5K12V; T14K8; T15K6; T30K4; T15K12V. Litera T înseamnă carbură de titan, numărul din spate este procentul de carbură de titan, litera K este carbură de cobalt, numărul din spate este procentul de carbură de cobalt (restul din acest aliaj este carbură de tungsten). Sculele din aceste aliaje sunt folosite pentru prelucrarea tuturor tipurilor de oțeluri.

Aliajele de tungsten-titan-tantal din grupul TTK constau din titan, tungsten, tantal și carburi de cobalt. Pentru fabricarea sculelor de tăiere a metalelor se folosesc aliaje din clasele TT7K12 și TT10K8B, care conțin 7 și respectiv 10% carburi de titan și tantal, 12 și 8% carburi de cobalt (restul este carbură de tungsten). Sculele realizate din aceste aliaje sunt utilizate în condiții de prelucrare deosebit de dificile, când utilizarea altor materiale de scule este ineficientă.

Aliajele dure au rezistență la temperaturi ridicate. Aliajele dure de wolfram păstrează o duritate de HRC 83...90, iar tungsten-titan - HRC 87...92 la o temperatură de 800...950 °C, ceea ce permite sculelor din aliaj să lucreze la viteze mari de așchiere (până la 500 m/min la prelucrarea oțelurilor) și până la 2700 m/min la prelucrarea aluminiului).

Pentru prelucrarea pieselor din oțeluri și aliaje rezistente la coroziune, rezistente la căldură și alte greu de tăiat, sunt destinate unelte din aliaje cu granulație fină din grupa OM: din aliaj VK6-OM pentru finisare și din VK10-OM și aliaje VK15-OM pentru semifinisare și degroșare. Și mai eficientă pentru prelucrarea materialelor greu de tăiat este utilizarea sculelor din aliaje dure din clasele BK10-XOM și VK15-HOM, în care carbura de tantal este înlocuită cu carbură de crom. Aliarea aliajelor cu carbură de crom crește duritatea și rezistența acestora la temperaturi ridicate.

Pentru a crește rezistența plăcilor din aliaj dur sunt placate, de exemplu. acoperite cu folii de protecție. Învelișuri rezistente la uzură utilizate pe scară largă din carburi, nitruri și carbonide de titan, depuse într-un strat subțire (grosime de 5 ... 10 microni) pe suprafața plăcilor de aliaj dur. Pe suprafața acestor plăci se formează un strat cu granulație fină de carbură de titan, care are duritate mare, rezistență la uzură și rezistență chimică la temperaturi ridicate. Rezistența la uzură a inserțiilor din carbură acoperită este în medie de trei ori mai mare decât rezistența la uzură a inserțiilor neacoperite, ceea ce face posibilă creșterea vitezei de tăiere cu 25...30%.

În anumite condiții, materiale mineralo-ceramice obținute din oxid de aluminiu cu adaos de wolfram, titan, tantal și cobalt sunt folosite ca materiale de scule.

Pentru sculele de tăiere se utilizează ceramică minerală marca TsM-332, care se distinge prin rezistență la temperaturi ridicate (duritate HRC 89 ... 95 la o temperatură de 1200 ° C) și rezistență la uzură, ceea ce face posibilă prelucrarea oțelului, fontă și aliaje neferoase la viteze mari de așchiere fontă la o viteză de tăiere de 3700 mm/min, care este de două ori viteza de așchiere la prelucrarea cu o unealtă din aliaje dure). Dezavantajul ceramicii minerale marca TsM-332 este fragilitatea crescută.

Pentru fabricarea sculelor așchietoare se utilizează și ceramică de tăiere (cermet) gradele B3; VOK-60; VOK-63, care este un compus oxid-carbură (oxid de aluminiu cu adaos de 30 ... 40% carburi de tungsten și molibden). Introducerea carburilor metalice (și uneori a metalelor pure - molibden, crom) în compoziția ceramicii minerale își îmbunătățește proprietățile fizice și mecanice (în special, reduce fragilitatea) și crește productivitatea prelucrării ca urmare a creșterii vitezei de tăiere. Semifinisarea și finisarea cu unealtă cermet a pieselor din fontă gri, maleabilă, oțeluri greu de tăiat, unele metale neferoase și aliaje se realizează la o viteză de așchiere de 435... Ceramica de tăiere se caracterizează prin rezistență la temperaturi ridicate (duritate HRC 90...95 la 950...1100 °C).

Pentru prelucrarea oțelurilor călite (HRC 40...67), fontelor ductile (HB 200...600), aliajelor dure precum VK25 și VK15 și fibră de sticlă, se folosește o unealtă, a cărei parte de tăiere este realizată din materiale superdure ( STM) pe bază de nitrură de bor și diamante. La prelucrarea pieselor din oțeluri călite și fonte de înaltă rezistență se folosește o unealtă din policristale mari (3 ... 6 mm în diametru și 4 ... 5 mm lungime) pe bază de nitrură de bor cubică (codul R). Duritatea cotului P se apropie de cea a diamantului, iar rezistența sa la temperatură este de două ori mai mare decât a diamantului. Elbor R este inert din punct de vedere chimic față de materialele pe bază de fier. Rezistența maximă a policristalelor la compresie este de 4 ... 5 GPa (400 ... 500 kgf / mm 2), la încovoiere - 0,7 GPa (70 kgf / mm 2), rezistență la temperatură 1350 ... 1450 ° C.

Dintre celelalte STM-uri utilizate pentru tăiere, ar trebui menționate diamantele sintetice balas (marca ASB) și carbonado (marca ASPK). Carbonado este mai activ din punct de vedere chimic față de materialele care conțin carbon, de aceea este utilizat la strunjirea pieselor din metale neferoase, aliaje cu conținut ridicat de siliciu, aliaje dure VK10 ... VK30, materiale nemetalice. Durabilitatea tăietorilor din carbonați este de 20...50 de ori mai mare decât durabilitatea tăietorilor din aliaje dure.