MINISTERSTVO ŠKOLSTVA A VEDY

RUSKÁ FEDERÁCIA

NOVOSIBIRSKÁ ŠTÁTNA TECHNICKÁ UNIVERZITA

TEST

v strojárskej technológii

Predmet: " Materiály nástrojov »

Vykonané:

Študent skupiny OTZ-873

Vasilyeva Olga Michajlovna

Skontrolované:

Martynov Eduard Zacharovič

Tatarsk 2010

Úvod…………………………………………………………………………………………………...………3

1. Základné požiadavky na materiály nástrojov……………………………….…..4

2. Druhy materiálov nástrojov……………………………………………………….…..6

2.1. Uhlíkové a legované nástrojové ocele……………………………………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………………………………………………… ………………………………………….. 6

2.2. Rýchlorezné ocele………………………………………………………………………………..7

3. Tvrdé zliatiny……………………………………………………………………………………….……8

3.1.Minerálno-keramické materiály………………………………………………………………....10

3.2. Kovovo-keramické materiály………………………………………………………..11

3.3. Brúsne materiály………………………………………………………………..…..12

4. Vlastnosti získavania nástrojových materiálov na báze diamantu a kubického nitridu bóru…………………………………………………………………………………………………………. .14

5. Ocele na výrobu puzdier prvkov……………………………………………….…..16 Záver……………………………………………… ………… ……………………………….…...17 Zoznam referencií………………………………………………………………………. ….18

Úvod

História vývoja spracovania kovov ukazuje, že jeden z efektívnymi spôsobmi zvýšenie produktivity práce v strojárstve je používanie nových nástrojových materiálov. Napríklad použitie rýchloreznej ocele namiesto uhlíkovej nástrojovej ocele umožnilo zvýšiť reznú rýchlosť 2...3 krát. To si vyžiadalo výrazné zlepšenie konštrukcie kovoobrábacích strojov, predovšetkým kvôli zvýšeniu ich rýchlosti a výkonu. Bol pozorovaný podobný jav

aj pri použití ako nástrojový materiál z tvrdých zliatin.

Materiál nástroja musí mať vysokú tvrdosť, aby mohol strihať triesky po dlhú dobu. Výrazný prebytok tvrdosti materiálu nástroja v porovnaní s tvrdosťou obrobku musí byť zachovaný aj pri zahrievaní nástroja počas procesu rezania. Schopnosť materiálu nástroja udržať si svoju tvrdosť pri vysokých teplotách ohrevu určuje jeho červenú tvrdosť (tepelnú odolnosť). Rezná časť nástroja musí mať veľkú

odolnosť proti opotrebovaniu v podmienkach vysokých tlakov a teplôt.

Dôležitou požiadavkou je aj dostatočne vysoká pevnosť materiálu nástroja, pretože nedostatočná pevnosť má za následok vylamovanie rezných hrán alebo zlomenie nástroja, najmä pri ich malých rozmeroch.

Nástrojové materiály musia mať dobré spracovateľské vlastnosti, t.j. ľahko spracovateľné v procese výroby nástrojov a prebrusovania a sú tiež relatívne lacné. V súčasnosti sa na výrobu rezných prvkov nástrojov používajú nástrojové ocele (uhlíkové, legované a rýchlorezné), tvrdé zliatiny, minerálno-keramické materiály, diamanty a iné supertvrdé a abrazívne materiály.

1. Základné požiadavky na materiály nástrojov.

Hlavné požiadavky na materiály nástrojov sú nasledovné:

1. Nástrojový materiál musí mať vysoká tvrdosť.

Tvrdosť materiálu nástroja musí byť minimálne 1,4 - 1,7 krát vyššia ako tvrdosť spracovávaného materiálu.

2. Pri rezaní kovov sa uvoľňuje značné množstvo tepla a rezná časť nástroja sa zahrieva. Preto inštrumentálny materiál musí mať vysoká tepelná odolnosť . Schopnosť materiálu udržať si vysokú tvrdosť pri rezných teplotách je tzv tepelná odolnosť ... Pre rýchloreznú oceľ - tepelná odolnosť sa nazýva aj červená tvrdosť (t.j. zachovanie tvrdosti pri zahriatí na teploty, pri ktorých oceľ začína žiariť)

Zvýšenie úrovne tepelnej odolnosti materiálu nástroja umožňuje pracovať pri vysokých rezných rýchlostiach (tabuľka 1).

Tabuľka 1 - Tepelná odolnosť a prípustná rýchlosť rezania nástrojov nástrojov.

3. Stačí dôležitá požiadavka vysoká pevnosť nástrojový materiál. Ak vysoká tvrdosť materiálu pracovnej časti nástroja nie je vybavená potrebnou pevnosťou, vedie to k zlomeniu nástroja a odštiepeniu rezných hrán.

Materiál nástroja teda musí mať dostatočnú úroveň húževnatosti a odolávať vzniku trhlín (tj mať vysokú lomovú húževnatosť).

4. Nástrojový materiál musí mať vysoká odolnosť proti opotrebovaniu pri zvýšenej teplote, t.j. majú dobrú odolnosť proti oderu materiálom obrobku, čo sa prejavuje odolnosťou materiálu voči kontaktnej únave.

5. Nevyhnutná podmienka dosiahnutie vysokých rezných vlastností nástroja je nízka fyzikálna a chemická aktivita materiálu nástroja vo vzťahu k opracovávanému . Preto sa kryštálovo-chemické vlastnosti materiálu nástroja musia výrazne líšiť od zodpovedajúcich vlastností spracovávaného materiálu. Miera takéhoto rozdielu silne ovplyvňuje intenzitu fyzikálnych a chemických procesov (adhézno-únavové, korózno-oxidačné a difúzne procesy) a opotrebovanie kontaktných podložiek nástroja.

6. Materiál nástroja musí mať technologické vlastnosti , poskytujúce optimálne podmienky na výrobu nástrojov z neho. Pre nástrojové ocele sú to dobrá obrobiteľnosť rezaním a tlakom; priaznivé vlastnosti tepelného spracovania (nízka citlivosť na prehriatie a oduhličenie, dobrá prekaliteľnosť a prekaliteľnosť, minimálna deformácia a praskanie pri kalení a pod.); dobrá brúsiteľnosť po tepelnom spracovaní.

2. TYPY NÁSTROJOVÝCH MATERIÁLOV

Pre rezné nástroje sa používajú rýchlorezné ocele a v malom množstve aj hypereutektoidné uhlíkové ocele s obsahom uhlíka 0,7-1,3% a celkovým obsahom legujúcich prvkov (kremík, mangán, chróm a volfrám) od 1,0 do 3,0 %.

2.1. Uhlíkové a legované nástrojové ocele.

Už skôr sa začali používať iné materiály na výrobu rezných nástrojov uhlíkové nástrojové ocele ročníky U7, U7A…U13, U13A. Okrem železa a uhlíka tieto ocele obsahujú 0,2 ... 0,4 % mangánu. Nástroje z uhlíkové ocele majú dostatočnú tvrdosť pri izbovej teplote, ale ich tepelná odolnosť je nízka, pretože pri relatívne nízkych teplotách (200 ... 250 ° C) ich tvrdosť prudko klesá.

legované nástrojové ocele, chemickým zložením sa od uhlíkových líšia zvýšeným obsahom kremíka alebo mangánu, prípadne prítomnosťou jedného alebo viacerých legujúcich prvkov: chróm, nikel, volfrám, vanád, kobalt, molybdén. Pre rezné nástroje sa používajú nízkolegované ocele akosti 9HF, 11HF, 13X, V2F, XV4, KhVSG, KhVG, 9XS atď.. Tieto ocele majú vyššie technologické vlastnosti - lepšia prekaliteľnosť a prekaliteľnosť, menší sklon k deformácii, ale ich teplo odolnosť je 350 ... 400 °C a preto sa používajú na výrobu ručného náradia (výstružníky) alebo nástrojov určených na opracovanie na strojoch s nízkou reznou rýchlosťou (malé vrtáky, závitníky).

Je potrebné poznamenať, že za posledných 15-20 rokov nenastali v týchto triedach žiadne výrazné zmeny, avšak ich podiel na celkovom objeme použitých nástrojových materiálov má neustále klesajúci trend.

2.2. Rýchlorezné ocele.

V súčasnosti sú hlavným materiálom na výrobu rezných nástrojov rýchlorezné ocele, napriek tomu, že nástroje vyrobené z karbidu, keramiky a STM poskytujú vyšší výkon obrábania.

Široké použitie rýchlorezných ocelí na výrobu nástrojov komplexného tvaru je determinované kombináciou vysokých hodnôt tvrdosti (až do [chránený e-mailom]) a tepelnou odolnosťou (600-650°C) s vysokou úrovňou krehkosti a húževnatosti, výrazne prevyšujúcou zodpovedajúce hodnoty pre tvrdé zliatiny. Okrem toho majú rýchlorezné ocele dosť vysokú spracovateľnosť, pretože sa dobre spracovávajú tlakom a rezaním v žíhanom stave.

V označení rýchloreznej ocele písmeno P znamená, že ide o rýchloreznú oceľ a číslo za písmenom udáva obsah priemerného hmotnostného zlomku volfrámu v %. Nasledujúce písmená označujú: M - molybdén, F - vanád, K - kobalt, A - dusík. Čísla za písmenami označujú ich priemerný hmotnostný zlomok v %. Obsah hmotnostného zlomku dusíka je 0,05-0,1%.

Moderné rýchlorezné ocele možno rozdeliť do troch skupín: normálna, vysoká a vysoká tepelná odolnosť.

K oceliam normálna tepelná odolnosť zahŕňajú volfrám R18 a volfrám-molybdénovú oceľ R6M5 (tabuľka 2.2). Tieto ocele majú tvrdosť v kalenom stave 63…64 HRC, pevnosť v ohybe 2900…3400 MPa, rázovú pevnosť 2,7…4,8 J/m2 a žiaruvzdornosť 600…620°C. Tieto triedy ocele sa najčastejšie používajú pri výrobe rezných nástrojov. Objem výroby ocele R6M5 dosahuje 80 % z celkovej produkcie rýchloreznej ocele. Používa sa pri spracovaní konštrukčných ocelí, liatiny, neželezných kovov, plastov.

Ocele so zvýšenou tepelnou odolnosťou vyznačuje sa vysokým obsahom uhlíka, vanádu a kobaltu.

Medzi vanádiové ocele najpoužívanejšia značka R6M5F3.

Spolu s vysokou odolnosťou proti opotrebovaniu, vanádiové ocele

majú zlú brúsnosť v dôsledku prítomnosti karbidov vanádu (VC), pretože tvrdosť týchto karbidov nie je nižšia ako tvrdosť zŕn elektrokorundového brúsneho kotúča (Al203). Obrobiteľnosť pri brúsení – „brúsiteľnosť“ – je najdôležitejšou technologickou vlastnosťou, ktorá určuje nielen vlastnosti pri výrobe nástrojov, ale aj pri jeho prevádzke (prebrusovanie).

Tabuľka 2. Chemické zloženie rýchlorezných ocelí

3.3. Brúsivá Skvelé miesto v moderná výroba časti strojov sú obsadené procesmi brúsenia, pri ktorých sa používajú rôzne brúsne nástroje. Reznými prvkami týchto nástrojov sú tvrdé a tepelne odolné zrná brúsneho materiálu s ostrými hranami. Brúsne materiály sa delia na prírodné a umelé. Prírodné brúsne materiály zahŕňajú minerály ako kremeň, šmirgľ, korund atď. Prírodné brúsne materiály sú vysoko heterogénne a obsahujú cudzie nečistoty. Preto z hľadiska kvality abrazívnych vlastností nevyhovujú rastúcim potrebám priemyslu. V súčasnosti zaberá spracovanie umelými abrazívnymi materiálmi popredné miesto v strojárstve. Najbežnejšími umelými abrazívnymi materiálmi sú elektrokorund, kremík a karbidy bóru. Medzi umelé abrazívne materiály patria aj leštiace a dokončovacie prášky – oxidy chrómu a železa. Špeciálnu skupinu umelých abrazívnych materiálov tvoria syntetické diamanty a kubický nitrid bóru. Elektrokorund sa získava elektrickým tavením materiálov bohatých na oxid hlinitý, napríklad z bauxitu alebo oxidu hlinitého, zmiešaných s redukčným činidlom (antracit alebo koks). Elektrokorund sa vyrába v odrodách: normálny, biely, chróm, titán, zirkónium, monokorund a sférokorund. Normálny elektrokorund obsahuje 92-95% oxidu hlinitého a je rozdelený do niekoľkých tried: 12A, 13A, 14A, 15A, 16A. Zrná bežného elektrokorundu spolu s vysokou tvrdosťou a mechanickou pevnosťou majú významnú viskozitu, ktorá je potrebná pri práci s premenlivým zaťažením pri vysokých tlakoch. Preto sa bežný elektrokorund používa na spracovanie rôznych materiálov so zvýšenou pevnosťou: uhlíkové a legované ocele, kujná a vysokopevná liatina, niklové a hliníkové zliatiny. Biely elektrokorund triedy 22A, 23A, 24A, 25A sa vyznačuje vysokým obsahom oxidu hlinitého (98-99%). Oproti bežnému elektrokorundu je tvrdší, má zvýšenú brúsnu schopnosť a krehkosť. Biely elektrokorund je možné použiť na spracovanie rovnakých materiálov ako bežný elektrokorund. Pre vyššiu cenu sa však používa pri náročnejších prácach na finálne a profilové brúsenie, brúsenie závitov, ostrenie rezných nástrojov. Chrómový elektrokorund triedy 32A, ZZA, 34A spolu s oxidom hlinitým A12O3 obsahuje až 2% oxidu chrómu Cr2O3. Prídavok oxidu chrómu mení jeho mikroštruktúru a štruktúru. Pokiaľ ide o pevnosť, chrómový elektrokorund sa približuje normálnemu elektrokorundu a z hľadiska rezných vlastností - bielemu elektrokorundu. Chrómový elektrokorund sa odporúča použiť na valcové brúsenie výrobkov z konštrukčných a uhlíkových ocelí v intenzívnych podmienkach, kde poskytuje 20-30% zvýšenie produktivity v porovnaní s bielym elektrokorundom. Titánový elektrokorund triedy 37A spolu s oxidom hlinitým obsahuje oxid titaničitý TiO2. Od bežného elektrokorundu sa líši väčšou stálosťou vlastností a zvýšenou viskozitou. To umožňuje jeho použitie v podmienkach ťažkého a nerovnomerného zaťaženia. Titánový elektrokorund sa používa pri operáciách predbežného brúsenia so zvýšeným úberom kovu. Elektrokorundový zirkónový stupeň ZZA spolu s oxidom hlinitým obsahuje oxid zirkoničitý. Má vysokú pevnosť a používa sa hlavne na lúpacie operácie s vysokými špecifickými reznými tlakmi. Monokorund triedy 43A, 44A, 45A sa získava vo forme zrna so zvýšenou pevnosťou, ostrými hranami a vrcholmi s výraznejšou samoostricou vlastnosťou v porovnaní s elektrokorundom. To mu poskytuje zvýšené rezné vlastnosti. Monokorund sa uprednostňuje na brúsenie ťažkoobrobiteľných ocelí a zliatin, na presné brúsenie zložitých profilov a na suché brúsenie rezných nástrojov, Sferokorund obsahuje viac ako 99 % A1203 a získava sa vo forme dutých guľôčok. V procese brúsenia sú gule zničené s tvorbou ostrých hrán. Sferokorund je vhodné použiť pri spracovaní materiálov ako guma, plasty, neželezné kovy. Karbid kremíka sa získava reakciou oxidu kremičitého a uhlíka v elektrických peciach a následným drvením na zrná. Pozostáva z karbidu kremíka a malého množstva nečistôt. Karbid kremíka má vysokú tvrdosť, vyššiu ako tvrdosť elektrokorundu, vysokú mechanickú pevnosť a reznú schopnosť. Čierny karbid kremíka triedy 53C, 54C, 55C sa používa na spracovanie tvrdých, krehkých a veľmi viskózne materiály; tvrdé zliatiny, liatina, sklo, neželezné kovy, plasty. Karbid kremíka zelené triedy 63C, 64C sa používa na ostrenie tvrdokovových nástrojov, brúsenie keramiky. Karbid bóru B4C má vysokú tvrdosť, vysokú odolnosť proti opotrebovaniu a abrazívne schopnosti. Karbid bóru je zároveň veľmi krehký, čo predurčuje jeho využitie v priemysle vo forme práškov a pást na konečnú úpravu tvrdozliatinových rezných nástrojov. Brúsne materiály sa vyznačujú takými základnými vlastnosťami, ako je tvar brúsnych zŕn, zrnitosť, tvrdosť, mechanická pevnosť, brúsna schopnosť zŕn. Tvrdosť abrazívnych materiálov sa vyznačuje odolnosťou zŕn voči povrchovému brúseniu, lokálnym vplyvom pôsobiacich síl. Musí byť vyššia ako tvrdosť spracovávaného materiálu. Tvrdosť brúsnych materiálov sa zisťuje poškriabaním hrotu jedného telesa o povrch druhého alebo vtlačením diamantovej pyramídy pod malým zaťažením do brúsneho zrna. Mechanická pevnosť sa vyznačuje drvivosťou zŕn vplyvom vonkajších síl. Pevnosť sa hodnotí rozdrvením vzorky brúsnych zŕn v oceľovej forme pod lisom s použitím určitého statického zaťaženia. Hrubovacie podmienky s vysokým úberom kovu vyžadujú silné brusivá, zatiaľ čo jemné brúsenie a opracovanie ťažko obrobiteľných materiálov uprednostňuje brusivá s väčšou krehkosťou a schopnosťou samobrúsenia.

4. Vlastnosti získavania nástrojových materiálov na báze diamantu a kubického nitridu bóru

Diamant ako nástrojový materiál je v posledných rokoch široko používaný v strojárstve. Aktuálne vydané veľký počet rôzne nástroje využívajúce diamanty: brúsne kotúče, nástroje na orovnávanie brúsnych kotúčov z elektrokorundu a karbidu kremíka, pasty a prášky na dokončovacie a lapovacie operácie. Diamantové kryštály značnej veľkosti sa používajú na výrobu diamantových fréz, fréz, vrtákov a iných rezných nástrojov. Rozsah diamantového nástroja sa každým rokom rozširuje. Diamant je jednou z modifikácií štruktúry uhlíkových kryštálov. Diamant je najtvrdší minerál známy v prírode. Vysoká tvrdosť diamantu sa vysvetľuje zvláštnosťou jeho kryštálovej štruktúry, silou väzieb atómov uhlíka v kryštálovej mriežke, ktorá sa nachádza v rovnakých a veľmi malých vzdialenostiach od seba. Súčiniteľ tepelnej vodivosti diamantu je dvakrát alebo viackrát vyšší ako u zliatiny VK8, takže teplo sa z reznej zóny odvádza pomerne rýchlo. Zvýšený dopyt po diamantových nástrojoch nie je možné úplne pokryť prírodnými diamantmi. Momentálne zvládnuté priemyselná produkcia syntetické diamanty z grafitu pri vysokých tlakoch a vysokých teplotách. Syntetické diamanty môžu byť rôznych tried, ktoré sa líšia pevnosťou, krehkosťou, špecifickým povrchom a tvarom zrna. V poradí zvyšovania pevnosti, znižovania krehkosti a špecifického povrchu sú triedy brúsnych práškov vyrobených zo syntetických diamantov usporiadané nasledovne: AC2, AC4, AC6, AC15, AC32. Medzi nové typy nástrojových materiálov patria supertvrdé polykryštály na báze diamantu a kubického nitridu bóru.

Kubický nitrid bóru (CBN) je supertvrdý materiál, ktorý nemá prirodzený analóg. Prvýkrát bol kubický nitrid bóru syntetizovaný v roku 1956 (spoločnosťou General Electric Company) pri vysokých tlakoch (vyše 4,0 GPa) a vysokých teplotách (vyše 1473 K) z hexagonálneho nitridu bóru v prítomnosti alkalických a kovy alkalických zemín(olovo, antimón, cín atď.). Kubický nitrid bóru vyrábaný spoločnosťou General Electric bol pomenovaný Borazon.

Priemer polotovarov vyrobených zo supertvrdých polykryštálov je v rozmedzí 4-8 mm a výška je 3-4 mm. Takéto rozmery obrobkov, ako aj kombinácia fyzikálnych a mechanických vlastností, umožňujú úspešne použiť uvažované materiály ako materiál na výrobu reznej časti takých nástrojov, ako sú frézy, stopkové frézy atď. Supertvrdé na báze diamantu polykryštály sú obzvlášť účinné pri rezaní materiálov ako sú sklolaminát, neželezné kovy a ich zliatiny, zliatiny titánu. Významná distribúcia uvažovaných kompozitov sa vysvetľuje množstvom jedinečných vlastností, ktoré sú im vlastné - tvrdosť približujúca sa tvrdosti diamantu, vysoká tepelná vodivosť a chemická inertnosť voči železu. Majú však zvýšenú krehkosť, čo znemožňuje ich použitie pri rázovom zaťažení. Náradie z kompozitu 09 a 10 sú odolnejšie voči nárazu.Sú účinné pri vysokom zaťažení a nárazovom obrábaní kalených ocelí a liatiny. Použitie supertvrdých syntetických materiálov má významný vplyv na strojársku technológiu, čím sa otvára perspektíva nahradiť v mnohých prípadoch brúsenie, sústruženie a frézovanie. perspektívny pohľad nástrojovým materiálom sú dvojvrstvové platne okrúhleho, štvorcového, trojstenného alebo šesťhranného tvaru. Horná vrstva platní pozostáva z polykryštalického diamantu a spodná je vyrobená z tvrdej zliatiny alebo kovového substrátu. Preto je možné použiť doštičky pre mechanicky držané nástroje v držiaku. Zliatina Silinit-R na báze nitridu kremíka s prídavkami oxidu hlinitého a titánu zaujíma medzipolohu medzi tvrdými zliatinami na báze karbidu a supertvrdými materiálmi na báze diamantu a nitridu bóru. Štúdie ukázali, že ho možno použiť na jemné sústruženie ocelí, liatiny, hliníka a zliatin titánu. Výhodou tejto zliatiny je, že nitridu kremíka nebude nikdy nedostatok. 5. Ocele na výrobu puzdier prvkov Pre prefabrikované nástroje sú telesá a upevňovacie prvky vyrobené z konštrukčných ocelí tried: 45, 50, 60, 40X, 45X, U7, U8, 9XS atď. Najpoužívanejšia je oceľ 45, z ktorej sú držiaky fréz, stopky vrtákov, záhlbníky , výstružníky, závitníky, prefabrikované telesá fréz, vyvrtávacie tyče. Oceľ 40X sa používa na výrobu kufríkov na náradie pracujúcich v náročných podmienkach. Po kalení v oleji a temperovaní zachováva presnosť drážok, do ktorých sa nože vkladajú. V prípade, že jednotlivé časti tela nástroja pracujú na opotrebovanie, je výber triedy ocele určený úvahami o získaní vysokej tvrdosti v trecích bodoch. Medzi takéto nástroje patria napríklad tvrdokovové vrtáky, záhlbníky, pri ktorých sa vodiace lišty počas prevádzky dostávajú do kontaktu s povrchom obrábaného otvoru a rýchlo sa opotrebúvajú. Pre telo takýchto nástrojov sa používa uhlíková nástrojová oceľ, ako aj legovaná nástrojová oceľ 9XC. Záver

rozvoj Nová technológia diktuje požiadavky na vývoj nových materiálov, medzi ktoré patria supertvrdé materiály. Tradične sa používajú v kovoobrábaní, výrobe nástrojov, kameňa a skla, stavebné materiály keramika, ferity, polovodiče a iné materiály. V posledných rokoch sa intenzívne pracuje na využití diamantov v elektronike, laserovej technike, medicíne a ďalších oblastiach vedy a techniky. V priemyselných krajinách sveta sa výrobe supertvrdých materiálov a výrobkov z nich venuje veľká pozornosť. Ruskej federácie v posledných rokoch výrazne pokročila vo vytváraní domácej produkcie diamantov. K riešeniu tohto problému veľkou mierou prispieva štátny vedecko-technický program „Diamanty“, vďaka podpore ktorého v súčasnosti uspokojuje viac ako 25 % potrieb republiky po diamantových výrobkoch. vlastnej výroby.

Kompletnejšie riešenie problému substitúcie dovozu si vyžaduje ďalšiu prácu na zlepšovaní existujúcich a vývoji nových materiálov a technológií na výrobu supertvrdých materiálov a produktov na nich založených, pričom sa rozširujú oblasti ich použitia. V súčasnosti sa práca v oblasti supertvrdých materiálov v Rusku vykonáva v širokom spektre problémov vrátane: syntézy práškov diamantu a kubického nitridu bóru, rastu veľkých monokryštálov diamantu, rastu monokryštálov drahých kovov. kameňov, výroba polykryštálov diamantu, kubického nitridu bóru a kompozícií na nich založených, vrátane použitia nanopráškov, vývoja nových kompozitných materiálov obsahujúcich diamant a technológií na získavanie nástrojov z nich, vývoja technológií a zariadení na aplikáciu diamantové filmy a povlaky, certifikácia diamantových produktov, ako aj vývoj zariadení na výrobu diamantových produktov.

1. Nové nástrojové materiály a oblasti ich použitia. Učebnica príspevok / V.V. Kolomiets, - K .: UMK VO, 1990. - 64 s.

2. Vasin S.A., Vereshchaka A.S., Kushnir V.S. Rezanie kovov: Termomechanicky pristup k systemu vztahov v rezani: Uchebn. pre tech. univerzity. - M .: Vydavateľstvo MSTU im. N. E. Bauman, 2001. - 448 s.

3. Karbidový nástroj na obrábanie kovov: V.S. Samoilov, E. F. Eichmans, V. A. Falkovsky a ďalší - M.: Mashinostroenie, 1988. - 368 s.

4. Nástroje zo supertvrdých materiálov / Ed. N.V. Novíková. - Kyjev: ISM NASU, 2001. - 528 s.

Vysoká výkonnostné charakteristiky rezné nástroje sú do značnej miery závislé od kvality materiálu, z ktorého sú tieto nástroje vyrobené. Materiály určené na rezné nástroje by v mnohých ukazovateľoch mali výrazne prevyšovať materiály používané v strojárstve na výrobu rôznych dielov.

Hlavné požiadavky na materiály nástrojov sú nasledovné:

1. Materiál nástroja musí mať vysokú tvrdosť - nie menej ako 63 ... 66 HRC podľa Rockwella (stupnica C).

2. Pri rezaní kovov sa uvoľňuje značné množstvo tepla a rezná časť nástroja sa zahrieva. Teplota pracovných plôch a rezných hrán nástroja môže dosiahnuť niekoľko stoviek stupňov. Je potrebné, aby pri výrazných rezných teplotách výrazne neklesla tvrdosť povrchov nástrojov.

Schopnosť materiálu udržať si vysokú tvrdosť pri zvýšených teplotách a svoju pôvodnú tvrdosť po ochladení sa nazýva tepelná odolnosť.

Materiál nástroja musí mať vysokú tepelnú odolnosť.

3. Spolu s tepelnou odolnosťou, inštrumentálny materiál musia mať vysokú odolnosť proti opotrebeniu pri zvýšených teplotách, t.j. mať dobrú oteruvzdornosť spracovávaného materiálu.

4. Dôležitou požiadavkou je materiál nástroja s vysokou pevnosťou. Ak je vysoká tvrdosť materiálu pracovnej časti nástroja sprevádzaná výraznou krehkosťou, vedie to k lámaniu nástroja a vylamovaniu rezných hrán.

5. Nástrojový materiál musí mať technologické vlastnosti, ktoré poskytujú optimálne podmienky na výrobu nástrojov z neho.

Pre nástrojové ocele sú:

Rezný klin je pri interakcii s materiálom obrobku, pri nepretržitej deformácii a oddeľovaní materiálu, vystavený sile a teplu, ako aj oderu. Tieto prevádzkové podmienky nám umožňujú formulovať základné požiadavky na materiál reznej časti nástroja. Vhodnosť takýchto materiálov je určená ich tvrdosťou, tepelnou odolnosťou, mechanickou pevnosťou, odolnosťou proti opotrebovaniu, vyrobiteľnosťou a cenou.

1. Tvrdosť. Zavedenie jedného materiálu (klinu) do druhého (obrobku) je možné len pri prevládajúcej tvrdosti materiálu klinu, preto je tvrdosť nástrojových materiálov spravidla vyššia ako tvrdosť obrábaných materiálov. Keď sa však teplota materiálu nástroja zvyšuje, jeho tvrdosť klesá a nemusí byť dostatočná na to, aby spôsobila deformáciu a oddelenie materiálu. Vlastnosť materiálov udržať si požadovanú tvrdosť pri vysokých teplotách sa nazýva tepelná odolnosť.

2. Tepelná odolnosť. Je určená kritickou teplotou, pri ktorej dochádza k zmene tvrdosti. Ak je teplota nad kritickou hodnotou, nástroj nebude fungovať. Vo všeobecnosti tepelná odolnosť určuje novú rýchlosť rezania.

3. Mechanická pevnosť. Dôležitosť mechanickej pevnosti materiálu nástroja sa vysvetľuje jeho prevádzkovými podmienkami, ktoré sa vyznačujú ohybovým, tlakovým a nárazovým zaťažením, a preto sú pevnosť materiálu v ohybe, pevnosť v tlaku a rázová pevnosť hlavnými ukazovateľmi pevnosti materiálu nástroja.

4. Odolnosť proti opotrebovaniu. Schopnosť materiálu odolávať opotrebovaniu určuje životnosť materiálu nástroja. Odolnosť proti opotrebovaniu je charakterizovaná prácou trecej sily súvisiacej s hodnotou opotrebovanej hmotnosti materiálu. Dôležitosť tejto charakteristiky je v tom, že určuje ochranu počiatočná geometria nástroj v čase, pretože v procese práce dochádza k neustálemu odieraniu nástroja (povrchu klina).

5. Vyrobiteľnosť. Vyrobiteľnosť materiálu - jeho schopnosť spĺňať požiadavky technológie tepelného spracovania, tlakového spracovania, obrábania a pod., je vlastnosť, ktorá určuje možnosť výroby nástroja daného dizajnu.

6. Náklady. Materiál rezných nástrojov by nemal byť drahý, pretože. to v konečnom dôsledku určuje šírku jeho využitia.

════════════════════════════════════

Skupiny materiálov nástrojov,
používané na výrobu rezných nástrojov

1. Nástrojové ocele

U7, U7A, U13, U13A

Uhlíkové ocele sa používajú na výrobu nástrojov, ktoré pracujú pri nízkych rezných rýchlostiach 15-18 m / min, ako aj pri teplotách nie nižších ako 200-230 ° C. Jedná sa o stolný nástroj (dláto, pilníky, závitníky, matrice , atď.). Tvrdosť uhlíkových ocelí po tepelnom spracovaní dosahuje HRC 62-64.

2. Legovaná oceľ

Na zlepšenie technických alebo iných vlastností uhlíkových ocelí sa do nich zavádzajú legujúce prvky. Takže napríklad:

(Ni) Nikel (H) - zvyšuje ťažnosť a húževnatosť, zvyšuje prekaliteľnosť

(Mn) Mangán (G) - zvyšuje pevnosť, kaliteľnosť, odolnosť proti opotrebeniu

(Cr) Chróm (X) - kalí oceľ

(W) Volfrám (B) - zvyšuje tvrdosť, odolnosť proti opotrebovaniu, tepelnú odolnosť

· (V) Vanád (F) obmedzuje zmenu vlastností pri zahrievaní, zlepšuje kvalitu povrchu a zvárateľnosť, ale zhoršuje brúsiteľnosť.

(Mo) Molybdén (M) zvyšuje kaliteľnosť, pevnosť, ťažnosť, húževnatosť

· (Si) Kremík (C) zvyšuje kaliteľnosť.

Tepelná odolnosť legovanej ocele nie je väčšia ako 300-350 ° C. Nízkolegované ocele (X) s chrómom sa používajú na výrobu kovoobrábacích nástrojov. Vysokolegované ocele KhVG, HSVG pre tvarové frézy, vrtáky s malým priemerom, preťahovače, výstružníky a iné nástroje pracujúce pri reznej rýchlosti do 25 m/min.

3. Rýchlorezné ocele

Špeciálnou skupinou nástrojových ocelí sú rýchlorezné ocele s obsahom volfrámu 6-18% s vysokou tepelnou odolnosťou (do 650°C). Sú vhodné na výrobu nástrojov pracujúcich pri rezných rýchlostiach do 60 m/min.

Vrtáky, závitníky, frézy, záhlbníky, výstružníky, matrice atď. sú vyrobené z rýchloreznej ocele bežnej produktivity R9, R18 a nástroje na spracovanie vysokopevných a ťažko obrobiteľných materiálov sú vyrobené z vysokovýkonných ocelí R18F2 , R18F5, R10K5F5 alebo R9F5, keďže tieto druhy ocele majú zvýšenú odolnosť proti opotrebeniu a umožňujú vám pracovať rýchlosťou až 100 m/min.

Vzhľadom na nedostatok volfrámu je spravidla iba rezná časť vyrobená z nástrojového materiálu (platne privarené k držiakom) a časť tela je vyrobená z bežnej konštrukčnej ocele. Po tepelnom spracovaní dosahuje tvrdosť rýchloreznej ocele HRC 64 alebo viac.

4. Metalokeramické tvrdé zliatiny

Tieto materiály sú zliatiny žiaruvzdorných kovových karbidov s čistým kovovým kobaltom pôsobiacim ako spojivo (TiC, TaC, WC).

Tvrdé zliatiny sa získavajú lisovaním, po ktorom nasleduje spekanie formovaného materiálu. Používajú sa vo forme dosiek získaných spekaním pri 1500 o -1900 o. Tento materiál má tepelnú odolnosť 800 o -1000 o, čo umožňuje spracovanie rýchlosťou 800 m/min. V priemysle sa používajú mnohostranné platne (3, 4, 6). Nevýhodou je, že materiál zle odoláva nárazovému zaťaženiu kvôli krehkosti (čím viac kobaltu v kompozícii, tým vyššia ťažnosť).

Všetky kovokeramické zliatiny sú rozdelené na tri skupiny:

Jednoduchý karbid. Tvrdé zliatiny volfrámu a kobaltu VK2, VK6, VK8, kde čísla za písmenami označujú percento kobaltu. Zvýšenie percenta kobaltu zvyšuje húževnatosť. Zliatiny tejto skupiny sú najodolnejšie. Používajú sa na spracovanie liatiny, neželezných kovov a ich zliatin, nekovových materiálov. Tepelná odolnosť 250-1000 o C.

· Dvojkarbidové. V týchto zliatinách okrem komponentov zliatin skupín VK obsahuje karbid titánu T5K10, T15K6, kde 6% kobaltu, 15% karbidu titánu a zvyšok je karbid volfrámu. Používa sa pri spracovaní uhlíkových a legovaných ocelí. Obmedzte tepelnú odolnosť 1050 o C.

· Trojkarbidové. Dodatočne zavedený karbid tantalu okrem tých, ktoré sú uvedené vyššie. TT17K6, TT17K12, kde 17 je celkový obsah karbidov titánu a tantalu, 12 je obsah kobaltu, t.j. 71-karbid volfrámu. Tieto zliatiny majú vysokú pevnosť, používajú sa pri spracovaní žiaruvzdorných ocelí a zliatin titánu.

Skupina R- (modrá)

Zliatiny skupiny P sú potrebné na spracovanie materiálov, ktoré poskytujú odvodňovacie triesky (oceľ)

Skupina M - (žltá)

Pri obrábaní nehrdzavejúcich, žiaruvzdorných ocelí a zliatin titánu

M40-TT7K12, VK10-OM

M - malý, OM - veľmi malý

Skupina K - (červená)

Zliatiny skupiny K sa používajú na spracovanie nízkoplastických materiálov, neželezných zliatin, plastov, dreva, liatiny

5. Minerálna keramika nástrojové zliatiny

Tieto zliatiny sa pripravujú na báze oxidu hlinitého Al 2 O 3 s malými prídavkami oxidu horečnatého a spekajú sa pri 1700 o. Napríklad TsM332 sa používa na polotovary a konečnú úpravu oceľových a liatinových polotovarov, má vysokú odolnosť proti opotrebovaniu, dobré rezné vlastnosti, je lacnejší ako tvrdé zliatiny, ale krehký. Materiál má tepelnú odolnosť do 1200 o.

6. Supertvrdé nástrojové materiály.

Ide o materiály na báze kubického nitridu bóru (CBN) s vysokou tvrdosťou a tepelnou odolnosťou. Príkladom je elbor-R, ktorý sa používa na konečnú úpravu liatiny a kalených ocelí. Tým sa dosiahne drsnosť charakteristická pre brúsenie. Rezná časť nástroja je vyrobená z monokryštálov s priemerom 4 mm a dĺžkou 6 mm.

Na výrobu reznej časti nástroja sa používajú prírodné diamanty (A) a syntetické (AC) diamanty s hmotnosťou od 2 do 0,85 karátu *. Prírodné diamanty sa používajú na jemné sústruženie neželezných kovov a zliatin plastov a iných nekovových materiálov. Syntetické diamanty sa používajú pri spracovaní materiálov s vysokým obsahom kremíka, sklolaminátu a plastov. Diamanty majú vysokú tvrdosť, nízky koeficient trenia a miernu schopnosť lepenia triesok, vysokú odolnosť proti opotrebeniu. Nevýhodou je nízka tepelná odolnosť a vysoká cena.

Porovnávacie charakteristiky
nástrojové materiály

════════════════════════════════════

Geometria sústružníckeho nástroja

Pri spracovaní materiálov rezaním rozlíšiť nasledujúce povrchy:

1- spracované

2 - spracované

3 - rezná plocha

Bežným nástrojom na spracovanie vonkajších a vnútorných povrchov je sústružnícky nástroj, pozostáva z pracovnej časti - I a tela - II. Pracovná časť je dodávaný s nástrojovým materiálom, telo je vyrobené z konštrukčných ocelí. Ten je potrebný na montáž nástroja do držiaka.

Pracovná časť frézy je tvorená množstvom plôch, ktoré sa pretínajú a tvoria reznú hranu a hornú časť frézy-6. 1 - povrch, na ktorom odchádzajú triesky. Zadné plochy 2 a 3 smerujú k obrobku. Pretínajú sa s prednou plochou 1 a tvoria rezné hrany: hlavné - 4 a pomocné - 5. V súlade s tým je zadná plocha 2 (smerovaná k reznej ploche) hlavná a 3 je pomocná (smerovaná k obrábanej ploche). Hrot frézy je priesečníkom rezných hrán.

Dôležitú úlohu vo fyzikálnych procesoch vyskytujúcich sa v procesoch rezania hrá rezné uhly(uhly rezu)

a - Uhol vôle znižuje trenie medzi zadným povrchom nástroja a pracovná plocha, zväčšenie uhla vedie k zníženiu sily

a 1 - prítomnosť tohto uhla znižuje trenie

g - uhol čela môže byť kladný aj záporný alebo nulový, so zmenšovaním uhla sa zmenšuje deformácia vrstvy rezu, pretože nástroj sa ľahšie zarezáva do materiálu, zmenšujú sa rezné sily, zlepšujú sa podmienky toku triesky a s silný nárast uhla, tepelná vodivosť klesá, trieska sa zvyšuje

b - uhol kužeľa - uhol medzi prednou a hlavnou zadnou plochou frézy

d - uhol rezu - uhol medzi prednou plochou frézy a rovinou rezu

j - hlavný uhol v pláne určuje drsnosť povrchu, týmto poklesom sa zlepšuje kvalita povrchu, ale zároveň sa zmenšuje hrúbka a zväčšuje sa šírka vrstvy rezaného materiálu, pri zmenšovaní tohto uhla môže dochádzať k vibráciám

j 1 - pomocný uhol v pláne, s poklesom uhla sa pevnosť zvyšuje

e - uhol v hornej časti rezného uhla medzi výstupkami rezných hrán na hlavnej rovine = 180°- (j+j1)

l - uhol sklonu reznej hrany je kladný, keď je horná časť frézy najvyšším bodom, a záporná, keď je horná strana frézy najnižším bodom, ovplyvňuje smer toku triesky

Hodnoty uhla sa menia v dôsledku chyby frézy.

Racionálna oblasť použitia konkrétneho nástrojového materiálu je určená súhrnom jeho prevádzkových a technologických vlastností (ktoré zase závisia od fyzikálnych, mechanických a chemické vlastnosti), ako aj ekonomické faktory.

Materiály nástrojov pracujú v ťažké podmienky– pri vysokých zaťaženiach a teplotách. Preto možno všetky vlastnosti nástrojových materiálov rozdeliť na mechanické a tepelné.

Medzi najdôležitejšie prevádzkové vlastnosti nástrojových materiálov patria: tvrdosť, pevnosť, odolnosť proti opotrebovaniu, tepelná odolnosť, tepelná vodivosť.

TvrdosťH a kontaktné plochy nástroja musia byť vyššie ako tvrdosť H m spracovaného materiálu. Toto je jedna z hlavných požiadaviek na materiál nástroja. Ale so zvyšujúcou sa tvrdosťou materiálu nástroja spravidla klesá jeho odolnosť voči krehkému lomu. Preto pre každý pár spracovávaných a nástrojových materiálov existuje optimálna hodnota pomeru H a / H m, pri ktorej bude miera opotrebenia materiálu nástroja minimálna.

Z uhlu pohľadu silu nástroja, je dôležité, aby materiál nástroja spájal vysokú tvrdosť pri zvýšených teplotách reznej zóny s dobrou odolnosťou proti stlačeniu a ohybu a tiež mal vysoké hodnoty medze únosnosti a rázovej húževnatosti.

odolnosť proti opotrebovaniu sa meria pomerom práce vynaloženej na odobratie určitej hmotnosti materiálu k hodnote tejto hmotnosti. Opotrebenie pozorované pri rezaní ako totálny úbytok hmoty materiálu nástroja je spôsobené rôznymi mechanizmami: adhézia-únava, abrazívne, chemicko-abrazívne, difúzne atď. Odolnosť nástrojového materiálu proti opotrebovaniu pri adhéznom opotrebovaní závisí od mikropevnosti povrchových vrstiev a intenzity priľnavosti k spracovávanému materiálu. Pri krehkom adhéznom opotrebení koreluje odolnosť materiálu nástroja proti opotrebeniu s jeho hranicou odolnosti a pevnosťou, s opotrebením plastov s medzou klzu a tvrdosťou. Ako miera odolnosti materiálu nástroja voči opotrebovaniu počas abrazívneho opotrebovania sa berie približne jeho tvrdosť. Difúzne opotrebenie rezného nástroja vzniká vzájomným rozpúšťaním zložiek rezného a opracovávaného materiálu s následnou deštrukciou povrchových vrstiev rezného materiálu, zmäkčených difúznymi procesmi. Charakteristickým znakom odolnosti proti difúznemu opotrebeniu je miera inertnosti nástrojových materiálov vo vzťahu k spracovávaným.

Tvrdosť styčných plôch nástroja v studenom stave, t.j. merané pri izbovej teplote úplne necharakterizuje jeho reznú schopnosť. Na charakterizáciu rezných vlastností nástrojových materiálov pri zvýšených teplotách sa používajú také pojmy ako "horúca" tvrdosť, červená tvrdosť a tepelná odolnosť.

Pod červená tvrdosť sa rozumie teplota, ktorá spôsobí pokles tvrdosti materiálu nástroja nie pod stanovenú hodnotu. Podľa GOST 19265-73 by červená tvrdosť rýchloreznej ocele normálnej produktivity mala byť 620 ° C a vysokovýkonnej ocele - 640 ° C. Červená tvrdosť sa stanovuje meraním tvrdosti vzoriek pri izbovej teplote po zahriatí na teploty 620°-640°C s expozíciou počas 4 hodín a následným ochladením. Pre kontrolu rýchlosti mäknutia ocele po špecifikovanom ohreve sa použila tvrdosť HRC 58.

Pod tepelnou odolnosťou nástrojovým materiálom sa rozumie schopnosť materiálu zachovať si pri zahriatí tvrdosť dostatočnú pre proces rezania. Tepelná odolnosť je charakterizovaná takzvanou kritickou teplotou. Kritická teplota je teplota stanovená počas procesu rezania, pri ktorej materiál nástroja ešte nestráca svoje rezné vlastnosti a nástroj, z ktorého je vyrobený, je schopný rezať.

Závislosť výkonu nástroja od teplotných podmienok jeho činnosti vyjadruje aj taká charakteristika materiálu nástroja, ako je odolnosť proti tepelným šokom. Táto charakteristika určuje maximálny teplotný rozdiel, pri ktorom si materiál zachováva svoju celistvosť a odráža možnosť krehkého lomu nástroja v dôsledku tepelného namáhania. Znalosť odolnosti voči teplotným šokom je dôležitá najmä pri použití relatívne krehkých nástrojov v podmienkach prerušovaného rezu. Veľkosť tepelných napätí závisí od tepelnej vodivosti, koeficientu lineárnej rozťažnosti, modulu pružnosti, Poissonovho koeficientu a ďalších vlastností materiálu nástroja.

Tepelná vodivosť- jedna z najdôležitejších fyzikálnych vlastností nástrojov nástrojov. Čím nižšia je tepelná vodivosť, tým vyššia je teplota styčných plôch nástroja a následne aj nižšie prípustné rezné rýchlosti.

Spomedzi technologických vlastností nástrojových materiálov najviac dôležitosti má ich opracovateľnosť v horúcom (kovanie, odlievanie, razenie, zváranie atď.) a studenom stave (rezanie, brúsenie). Pre nástrojové materiály podrobené tepelnému spracovaniu sú nemenej dôležité podmienky ich tepelného spracovania: rozsah teplôt kalenia, množstvo zvyškového austenitu, schopnosť premeny zvyškového austenitu, deformácia pri tepelnom spracovaní, citlivosť na prehriatie a oduhličenie. , atď. Obrobiteľnosť nástrojových materiálov rezaním závisí od mnohých faktorov, z ktorých hlavné sú: chemické zloženie, tvrdosť, mechanické vlastnosti (pevnosť, húževnatosť, plasticita), mikroštruktúra a zrnitosť, tepelná vodivosť. Obrobiteľnosť by sa nemala posudzovať z hľadiska možnosti využitia vysokých rezných rýchlostí pri výrobe nástrojov, ale ani z hľadiska kvality výsledných plôch. Nástrojový materiál, pri opracovaní ktorého dochádza k odieraniu, vysokej drsnosti, prepáleniu a iným defektom, sa ťažko používa na výrobu rezných nástrojov.

cena materiál nástroja, odkazuje ekonomické faktory. Nástrojový materiál by mal byť čo najlacnejší. Táto požiadavka je však podmienená, pretože drahší materiál môže poskytnúť lacnejšie spracovanie. Pomer medzi nákladmi na jednotlivé materiály sa navyše neustále mení. Je dôležité, aby nebol nedostatok inštrumentálneho materiálu.

Nie je možné vytvoriť ideálny nástrojový materiál, ktorý by bol rovnako vhodný pre celý rad podmienok obrábania. Preto sa v priemysle používa široká škála nástrojových materiálov, zjednotených v týchto hlavných skupinách: uhlíkové a legované ocele; rýchlorezné ocele; tvrdé zliatiny; rezanie keramiky; supertvrdé materiály; povlakovaný nástroj.

Hlavné požiadavky na materiály nástrojov sú nasledovné:

Materiál nástroja musí mať vysokú tvrdosť v stave pri dodaní alebo dosiahnutom ako výsledok jeho tepelného spracovania - najmenej 63 ... 66 HRC podľa Rockwella.

Je potrebné, aby pri výrazných rezných teplotách výrazne neklesla tvrdosť povrchov nástrojov. Schopnosť materiálu udržať si vysokú tvrdosť pri zvýšených teplotách a svoju pôvodnú tvrdosť po ochladení je tzv tepelná odolnosť. Materiál nástroja musí mať vysokú tepelnú odolnosť.

Spolu s tepelnou odolnosťou musí mať nástrojový materiál vysokú odolnosť proti opotrebovaniu pri zvýšených teplotách, t.j. majú dobrú odolnosť proti oderu spracovávaného materiálu.

Dôležitou požiadavkou je dostatočne vysoká pevnosť materiálu nástroja. Ak je vysoká tvrdosť materiálu pracovnej časti nástroja sprevádzaná výraznou krehkosťou, vedie to k lámaniu nástroja a vylamovaniu rezných hrán.

Nástrojový materiál musí mať technologické vlastnosti, ktoré poskytujú optimálne podmienky na výrobu nástrojov z neho. Pri nástrojových oceliach je to dobrá obrobiteľnosť rezaním a tlakom; priaznivé vlastnosti tepelného spracovania; dobrá brúsiteľnosť po tepelnom spracovaní. Pre tvrdé zliatiny je obzvlášť dôležitá dobrá brúsiteľnosť, ako aj absencia trhlín a iných defektov, ktoré sa vyskytujú v tvrdej zliatine po spájkovaní dosiek, pri brúsení a ostrení nástrojov.

16 Druhy nástrojových materiálov a oblasti ich použitia.

Predtým sa začali používať všetky materiály uhlíkové nástrojové ocele triedy U7, U7A ... U13, U 13A. Okrem železa obsahujú 0,2 ... 0,4% mangánu, majú dostatočnú tvrdosť pri izbovej teplote, ale ich tepelná odolnosť je nízka, pretože pri relatívne nízkych teplotách (200 ... 250С) ich tvrdosť prudko klesá.

Legované nástrojové ocele chemickým zložením sa od uhlíkových líšia zvýšeným obsahom kremíka alebo mangánu, prípadne prítomnosťou jedného alebo viacerých legujúcich prvkov: chróm (zvyšuje tvrdosť, pevnosť, koróznu odolnosť materiálu, znižuje jeho ťažnosť); nikel (zvyšuje pevnosť, ťažnosť, rázovú húževnatosť, vytvrditeľnosť materiálu); volfrám (zvyšuje tvrdosť a tepelnú odolnosť materiálu); vanád (zvyšuje tvrdosť a pevnosť materiálu, podporuje tvorbu jemnozrnnej štruktúry); kobalt (zvyšuje rázovú pevnosť a tepelnú odolnosť materiálu); molybdén (zvyšuje elasticitu, pevnosť, tepelnú odolnosť materiálu). Pre rezné nástroje sa používajú nízkolegované ocele akosti 9ХФ, 11ХФ, 13Х, V2F, KhV4, KhVSG, KhVG, 9ХС atď.. Tieto ocele majú vyššie technologické vlastnosti - lepšia prekaliteľnosť a prekaliteľnosť, menší sklon k deformácii, ale ich teplo odolnosť je takmer rovnaká ako u uhlíkových ocelí 350 ... 400С a preto sa používajú na výrobu ručného náradia (výstružníky) alebo nástrojov určených na spracovanie na strojoch s nízkou reznou rýchlosťou (malé vrtáky, výstružníky).

Rýchlorezné nástrojové ocele. Zo skupiny vysokolegovaných ocelí na výrobu rezných nástrojov sa používajú rýchlorezné ocele s vysokým obsahom volfrámu, molybdénu, kobaltu, vanádu. Moderné rýchlorezné ocele možno rozdeliť do troch skupín.

Komu ocele normálnej tepelnej odolnosti zahŕňajú volfrám R18, R12, R9 a volfrám-molybdén R6M5, R6M3, R8M3. Tieto ocele majú tvrdosť v kalenom stave 63…66HRC, pevnosť v ohybe 2900…3400 MPa, rázovú pevnosť 2,7…4,8 J/m 2 a žiaruvzdornosť 600…650С. Používajú sa pri spracovaní konštrukčných ocelí, liatiny, neželezných kovov, plastov. Niekedy sa používajú rýchlorezné ocele, dodatočne legované dusíkom (P6AM5, P18A atď.), čo sú modifikácie bežných rýchlorezných ocelí. Legovanie dusíkom zvyšuje rezné vlastnosti nástroja o 20...30%, tvrdosť - o 1 - 2 jednotky HRC.

Ocele so zvýšenou tepelnou odolnosťou charakterizované zvýšeným obsahom uhlíka - 10P8M3, 10P6M5; vanád - R12F3, R2M3F8; R9F5; kobalt - R18F2K5, R6M5K5, R9K5, R9K10, R9M4K8F, 10R6M5F2K8 atď.

Tvrdosť ocelí v kalenom stave dosahuje 66…70HRC, majú vyššiu tepelnú odolnosť (až 620…670С). To umožňuje ich použitie na spracovanie žiaruvzdorných a nehrdzavejúcich ocelí a zliatin, ako aj konštrukčných ocelí so zvýšenou pevnosťou a kalených. Životnosť nástrojov vyrobených z takýchto ocelí je 3-5 krát vyššia ako u ocelí R18, R6M5.

Ocele s vysokou tepelnou odolnosťou vyznačujúce sa nízkym obsahom uhlíka, ale veľmi veľkým počtom legujúcich prvkov - V11M7K23, V14M7K25, 3V20K20Kh4F. Majú tvrdosť 69…70 HRC a tepelnú odolnosť 700…720С. Najracionálnejšou oblasťou ich použitia je rezanie ťažkoobrobiteľných materiálov a zliatin titánu. V druhom prípade je životnosť nástroja 30-80-krát vyššia ako životnosť ocele R18 a 8-15-krát vyššia ako životnosť tvrdej zliatiny VK8. Pri rezaní konštrukčných ocelí a liatiny sa životnosť nástroja zvyšuje menej výrazne (3-8 krát).

tvrdé zliatiny. Tieto zliatiny sa získavajú metódami práškovej metalurgie vo forme platní alebo koruniek. Hlavnými zložkami takýchto zliatin sú karbidy volfrámu WC, titán TiC, tantal TaC a niób NbC, ktorých najmenšie častice sú spojené relatívne mäkkým a menej žiaruvzdorným kobaltom alebo niklom zmiešaným s molybdénom.

Tvrdé zliatiny majú vysokú tvrdosť – 88…92 HRA (72…76HRC) a tepelnú odolnosť až 850…1000С. To umožňuje pracovať s reznými rýchlosťami 3-4 krát vyššími ako s nástrojmi z rýchloreznej ocele.

V súčasnosti používané tvrdé zliatiny sa delia na:

pre zliatiny volfrámu Skupiny VK: VK3, VK3-M, VK4, VK6, VK6-M, VK6-OM, VK8 atď. symbol obrázok udáva percento kobaltu. Napríklad označenie VK8 ukazuje, že obsahuje 8 % kobaltu a 92 % karbidov volfrámu. Písmená M a OM označujú jemnozrnnú a najmä jemnozrnnú štruktúru;

pre zliatiny titán-volfrám Skupiny TK: T5K10, T15K6, T14K8, T30K4, T60K6 atď. V symbole číslo za písmenom T označuje percento karbidov titánu, za písmenom K - kobalt, zvyšok - karbidy volfrámu;

pre zliatiny titán-tantal-volfrám Skupiny TTK: TT7K12, TT8K6, TT20K9 atď. V symbole čísla za písmenom T označujú percento karbidov titánu a tantalu, za písmenom K - kobalt, zvyšok - karbidy volfrámu;

pre tvrdé zliatiny bez volfrámu TM-1, TM-3, TN-20, KNT-16, TS20HN. Označenia sú podmienené.

Karbidové triedy sú dostupné ako štandardizované doštičky, ktoré sú spájkované, lepené alebo mechanicky pripevnené k držiakom nástrojov z konštrukčnej ocele. Vyrábajú sa aj nástroje, ktorých pracovná časť je celá vyrobená z tvrdej zliatiny (monolitickej).

Zliatiny skupiny TK majú vyššiu tepelnú odolnosť ako zliatiny VK. Môžu byť použité pri vysokých rezných rýchlostiach, takže sú široko používané pri obrábaní ocele.

Tvrdolegované nástroje skupiny VK sa používajú pri spracovaní dielov vyrobených z konštrukčných ocelí v podmienkach nízkej tuhosti systému AIDS, s prerušovaným rezaním, pri práci s nárazmi, ako aj pri spracovaní krehkých materiálov, ako je liatina. , čo je spôsobené zvýšenou pevnosťou tejto skupiny tvrdých zliatin a nie vysokými teplotami.v oblasti rezu. Používajú sa aj pri spracovaní dielov vyrobených z vysoko pevných, žiaruvzdorných a nehrdzavejúcich ocelí, zliatin titánu. Vysvetľuje to skutočnosť, že prítomnosť titánu vo väčšine týchto materiálov spôsobuje zvýšenú priľnavosť so zliatinami skupiny TK, ktoré tiež obsahujú titán. Zliatiny skupiny TK majú výrazne horšiu tepelnú vodivosť a nižšiu pevnosť ako zliatiny VK.

Zavedenie karbidov tantalu alebo karbidov tantalu a nióbu (TT10K8-B) do tvrdej zliatiny zvyšuje jej pevnosť. Teplota tepelnej odolnosti týchto zliatin je však nižšia ako teplota dvoch karbidových zliatin.

Na spracovanie materiálov s vysokou obrusovacou schopnosťou sa používajú najmä jemnozrnné tvrdé zliatiny. Používajú sa na dokončovanie a polodokončovanie dielov z vysokopevných húževnatých ocelí so zvýšeným sklonom k ​​kaleniu.

Zliatiny s nízkym obsahom kobaltu (T30K4, VK3, VK4) sa používajú pri dokončovacích operáciách, s vysokým obsahom kobaltu (VK8, T14K8, T5K10) sa používajú pri hrubovacích operáciách.

Minerálna keramika. Je založený na oxidoch hliníka Al 2 O 3 s malým prídavkom (0,5 ... 1 %) oxidu horečnatého MgO. Vysoká tvrdosť, tepelná odolnosť do 1200С, chemická inertnosť voči kovom, odolnosť voči oxidácii v mnohých ohľadoch prevyšujú rovnaké parametre ako tvrdé zliatiny, ale majú horšiu tepelnú vodivosť a nižšiu pevnosť v ohybe.

Vysoké rezné vlastnosti minerálnej keramiky sa prejavujú pri vysokorýchlostnom obrábaní ocelí a vysokopevnostných liatin a jemné a polodokončovacie sústruženie a frézovanie zvyšuje produktivitu obrábania dielov až 2-násobne pri predlžovaní životnosti nástrojov až na 5-krát v porovnaní s obrábaním nástrojmi z tvrdej zliatiny. Minerálna keramika sa vyrába vo forme neprebrúsiteľných platní, čo výrazne uľahčuje podmienky jej prevádzky.

Supertvrdé nástrojové materiály (STM)– najperspektívnejšie sú syntetické supertvrdé materiály na báze diamantu alebo nitridu bóru.

Diamanty sa vyznačujú vysokou tvrdosťou a odolnosťou proti opotrebovaniu. Pokiaľ ide o absolútnu tvrdosť, diamant je 4-5 krát tvrdší ako tvrdé zliatiny a desiatky a stovky krát vyšší ako odolnosť proti opotrebovaniu iných nástrojových materiálov pri spracovaní neželezných zliatin a plastov. Diamanty vďaka svojej vysokej tepelnej vodivosti lepšie odvádzajú teplo z reznej zóny, avšak pre ich krehkosť je oblasť ich použitia veľmi obmedzená. Významnou nevýhodou diamantu je, že pri zvýšených teplotách vstupuje do chemickej reakcie so železom a stráca svoju účinnosť.

Preto vznikli nové supertvrdé materiály, ktoré sú chemicky inertné voči diamantu. Technológia ich získavania je blízka technológii získavania diamantov, nie však grafitu, ale ako východiskový materiál bol použitý nitrid bóru.