Основные требования к сталям для металлорежущего инструмента
Чтобы эффективно выполнять свою задачу, сталь должна обладать следующими свойствами:
- Высокая твердость: Способность сопротивляться деформации под воздействием высоких нагрузок.
- Износостойкость: Способность сохранять режущую кромку острой в течение длительного времени.
- Жаропрочность: Способность сохранять начальные характеристики при высоких температурах, возникающих в процессе резания.
- Прочность: Способность переносить физнагрузки без разрушения (сколов, трещин).
- Ударная вязкость: Способность поглощать энергию удара без разрушения, особенно важна для инструментов, работающих с прерывистым резанием.
- Теплопроводность: Способность отводить тепло от режущей кромки, снижая ее нагрев и предотвращая потерю твердости.
- Технологичность: Хорошая обрабатываемость при изготовлении инструмента (ковка, закалка, шлифовка).
Виды сталей для металлорежущего инструмента:
- Углеродистые стали (У7, У8, У9, У10, У11, У12, У13):
- Состав: Основной элемент – углерод (0.7-1.3%).
- Свойства: Высокая твердость и износостойкость после закалки, низкая стоимость.
- Ограничения: Низкая красностойкость (до 200 °C), быстро теряют твердость при нагреве.
- Легированные стали (ХВ5, 9ХС, Х12МФ, ХГС):
- Состав: Углерод + легирующие элементы (хром, вольфрам, марганец, кремний).
- Свойства: Более высокая твердость, износостойкость и прочность, чем у углеродистых сталей.
- Ограничения: Красностойкость выше, чем у углеродистых, но все еще недостаточна для обработки твердых материалов на высоких скоростях.
- Быстрорежущие стали (Р6М5, Р18, Р9К5, Р6М5К5):
- Состав: Углерод + легирующие элементы (вольфрам, молибден, хром, ванадий, кобальт).
- Свойства: Высокая твердость, износостойкость, красностойкость (до 600 °C), прочность и ударная вязкость.
- Особенности: Быстрорежущие стали позволяют обрабатывать металлы на высоких скоростях резания, что значительно повышает производительность.
- Твердые сплавы (ВК8, Т15К6, Т5К10):
- Состав: Карбиды вольфрама (WC), титана (TiC), тантала (TaC) связанные кобальтом (Co).
- Свойства: Исключительно высокая твердость, износостойкость и красностойкость (до 1000 °C), но низкая ударная вязкость.
- Особенности: Твердые сплавы позволяют обрабатывать закаленные стали, чугуны и другие труднообрабатываемые материалы.
- Керамические материалы (оксидная керамика, нитридная керамика):
- Состав: Оксид алюминия (Al2O3), нитрид кремния (Si3N4).
- Свойства: Исключительно высокая твердость, износостойкость и красностойкость (до 1200 °C), химическая инертность.
- Особенности: Керамические материалы очень хрупкие и требуют специальных режимов резания.
- Сверхтвердые материалы (кубический нитрид бора – CBN, алмаз):
- Состав: Кубический нитрид бора (cBN), алмаз.
- Свойства: Максимальная твердость, износостойкость и красностойкость.
- Особенности: Сверхтвердые материалы очень дорогие и требуют специальных условий эксплуатации.
Как выбор материала влияет на производительность
Инструменты из износостойких материалов (твердые сплавы, керамика, сверхтвердые материалы) сохраняют режущую кромку острой в течение длительного времени, что позволяет сократить количество замен инструмента и увеличить производительность.
Инструменты с острыми и прочными режущими кромками позволяют получать высокое качество поверхности обработанной детали, что снижает потребность в дополнительных операциях отделки.
Наконец, инструменты из твердых сплавов, керамики и сверхтвердых материалов позволяют обрабатывать закаленные стали, чугуны и другие труднообрабатываемые материалы, что расширяет возможности производства.
Выбор стали для металлорежущего инструмента – это сложная задача, требующая учета множества факторов, таких как тип обрабатываемого материала, скорость резания, требуемое качество поверхности и бюджет.