книги из ГПНТБ / Космачев, И. Г. Инструментальные материалы

И. Г. КОСМАЧЕВ

ИНСТРУМЕНТАЛЬНЫЕ

МАТЕРИАЛЫ

ЛЕНИЗДАТ. 1975

331

К 71

В брошюре ¡изложены сведения об инструмен­

тальных материалах, необходимых при изготов­ лении режущего и измерительного инструмента, штампов, пресс-форм и форм для литья под дав­ лением. Даны рекомендации по выбору инстру­ ментальных сталей, металлокерамически,х твердых сплавов, минералокерамических и образивных материалов и пластических масс.

Брошюра предназначена для широкого круга молодых производственников, особенно полезна будет рабочим-изобретателям и рационализато­ рам.

р

ВВЕДЕНИЕ

В творческой деятельности изобретателей и рациона­ лизаторов, в какой бы отрасли промышленности они ни трудились, инструменты всегда являются очень важным объектом приложения их усилий. Качество инструмен­ тов оказывает влияние на производительность труда, стоимость изделий, на возможности механизации и авто­ матизации технологических процессов.

Определяется качество инструмента прежде всего материалом, из которого он изготовлен. За последние годы произошли существенные изменения в разработке и применении инструментальных материалов. Измени­ лись составы и свойства сплавов, утвердились новые критерии оценки качества инструментальных материа­ лов. Например, широко известная быстрорежущая сталь Р18 во многих случаях успешно заменяется сталью Р12 с меньшим содержанием вольфрама. Эта замена обосно­ вана не только экономически. Исследованиями в СССР

и зарубежных странах (США, ФРГ, Швеция, Япония) установлено, что стойкость инструментов из стали, со­ держащей 12% вольфрама (Р12), выше, чем из стали, содержащей 18% вольфрама (Р18), благодаря мень­ шему размеру зерен карбидов вольфрама. Если раньше главное значение придавалось равномерному распреде-

3

лению карбидов, то в настоящее время доказано, что на стойкость инструмента решающее влияние оказывают размеры карбидов. В связи с этим разработаны и внедряются новые способы производства быстрорежущей стали с карбидами малого размера (2—5 мкм). Проч­ ность стали Р12 на 50—70% выше прочности стали Р18, и шлифуемость ее лучше.

Созданы новые, более износостойкие марки быстро­ режущих сталей с повышенным содержанием углерода, с частичным замещением вольфрама молибденом (Р6М5) и кобальтом (Р6М5К5). Вольфрамомолибденовая сталь Р6М5 не только на 30% дешевле, но и обладает хоро­ шей теплопроводностью, мало склонна к трещинообразованию.

Анализ зарубежного опыта показывает, что ино­ странные фирмы поставляют на рынок большую номен­ клатуру быстрорежущих сталей, однако практически до 90% инструмента изготовляется из вольфрамомолибдейовой стали марки М2 (Р6М5). В нашей промышленно­ сти основной маркой быстрорежущей стали является Р6М5.

Разработана технология производства металлокера­ мической быстрорежущей стали методом горячего прес­ сования порошков, полученных восстановлением окис­ лов. Эта сталь обладает монолитностью, беспористостью, мелкозернистостью, высокой прочностью и вязкостью, не имеет анизотропии механических свойств, не деформи­ руется.

Совершенствование твердых сплавов идет в основном в направлении улучшения их механических свойств, химического состава, структуры, а также технологии из­ готовления. Как правило, высокое качество сплавов за­ рубежных фирм определяется регламентируемой величи­ ной зерна и отсутствием пористости. Представляют большой практический интерес данные по применению

4

инструмента из твердых сплавов группы РЗО (Т5КЮ) с покрытием тонким слоем карбида титана. Фирма «Керомант» (Швеция) рекомендует такой инструмент под на­ званием «Гамма коатинг». Процессу покрытия подвер­ гаются только твердосплавные пластинки группы ТЗО (Т5К10) после их окончательного изготовления, включая заточку и доводку. Толщина слоя покрытия —от 0,01 до 0,05 мм. Такое покрытие повышает износостойкость твердосплавных пластинок в 2—5 раз, а прочность и вязкость сплава сохраняются.

Внедряются новые металлокерамические материалы (ферро-ТіС), которые содержат карбид титана и цемен­ тирующую стальную связку. Эти материалы обладают уникальными свойствами — они допускают возможность термической обработки (отжиг, закалка, отпуск), благо­ даря чему могут быть подвергнуты механической обра­ ботке в отожженном состоянии и приобрести высокую твердость и износостойкость путем закалки. По механи­ ческим свойствам эти материалы не уступают твердым сплавам.

В нашей стране разработана технология и организо­ вано промышленное производство новых сверхтвердых синтетических материалов. С каждым годом возрастает число станков, работающих абразивными инструмента­ ми. Наряду с количественным ростом парка подобных станков непрерывно повышается эффективность абра­ зивной обработки. В значительной мере это связано с созданием новых абразивных материалов и инструмен­ тов. Так, разработана технология и создано промышлен­ ное производство нового абразивного материала — эльбора и инструментов из него. Эльбор, по твердости и абразивной способности близкий к алмазу, значительно превосходит его по термостойкости. Промышленность производит инструмент из эльбор а диаметром от 4 до 350 мм на органической, керамической и металлической

5

связках; помимо кругов, изготовляются бруски, шлифо­ вальные шкурки и пасты.

Для повышения прочности крепления зерен в мягкой органической связке, а также увеличения прочности са­ мих зерен разработан способ получения агрегированных металлизированных алмазных порошков со специальной формой частиц. При этом алмазно-абразивные частицы представляют собой укрупненные агрегаты, состоящие из нескольких алмазных зерен, покрытых и прочно спа­ янных между собой металлическим сплавом. Под дей­ ствием капиллярных сил металлический расплав запол­ няет мельчайшие поры, трещины и другие дефекты на поверхности алмазных и абразивных зерен и после отвердевания оказывает цементирующее действие, повы­ шая в 1,5—3 раза стойкость абразивных зерен.

Специально для металлизированных агрегированных алмазных порошков разработана новая органическая связка марки 01. Каждый карат алмазов в круге на связке 01 дает значительную экономию и снижает затра­ ты на шлифовальный алмазный инструмент в 3—4 раза. Круги с металлизированными агрегированными алмаз­ но-абразивными порошками на связке 01 выпускаются с концентрацией алмазов 50 и 100% и зернистостью от

50/40 до 160/125.

В настоящее время применяются абразивные инстру­ менты, пропитанные серой, парафином и другими импрегнаторами. Стойкость таких инструментов повышает­ ся в 2 раза по сравнению с непропитанными брусками. Это объясняется защитным действием импрегнатора, предохраняющего связку от разрушения.

Появились разнообразные тканевые круги для поли­ рования. В зависимости от назначения применяются раз­ личные виды тканей, в том числе сисаль. Ткани пропи­ тываются разными импрегнаторами, что повышает срок их службы более чем на 50%.

6

Глава I

ИНСТРУМЕНТАЛЬНЫЕ

СТАЛИ

Основной группой материалов для изготовления ре­ жущих и измерительных инструментов, приспособлений и штампов являются инструментальные стали. К ним от­ носятся углеродистые, легированные и быстрорежущие стали. Кроме того, в инструментальном производстве применяются конструкционные стали.

1. Требования к инструментальным сталям

К инструментальным сталям предъявляются более высокие требования, чем к конструкционным. Это объ­ ясняется тем, что рабочие поверхности инструментов, изготовленных из инструментальных сталей, работают при высоких контактных напряжениях, больших удель­ ных давлениях и подвергаются износу и нагреву. Инст­ рументальные стали обладают высокой твердостью, прочностью, износостойкостью и-рядом других свойств, необходимых для обработки материалов резанием и дав­

лением.

Применение тех или иных материалов определяется требованиями, предъявляемыми к различным инструмен­ там.

8

Материалы, из которых изготовляют режущие инструменты, должны обладать следующими свой­ ствами:

высокой прочностью, так как в процессе резания ин­ струменты испытывают большие усилия;

высокой твердостью, потому что процесс резания мо­ жно осуществить только в том случае, если твердость материала инструмента значительно больше твердости обрабатываемого материала;

высокой износостойкостью, потому что стойкость ин­ струмента зависит от степени истирания режущих кро­ мок;

высокой теплостойкостью, так как в процессе реза­ ния выделяется большое количество тепла, часть кото­ рого идет на нагрев режущих кромок инструмента, а по­ следний, нагреваясь, теряет первоначальную твердость и быстро выходит из строя.

Инструментальные материалы не одинаково устой­ чивы против действия тепла: одни теряют свои режущие

высокой точности должны обладать высокой износостой­ костью, необходимой для сохранения инструментами раз­ меров и формы в процессе эксплуатации, а также хо­ рошей обрабатываемостью для получения высокого класса чистоты поверхности измерительных инстру­

ментов.

Требуемая износостойкость обеспечивается закалкой и отпуском сталей определенных марок, после чего они приобретают высокую твердость и сохраняют мартен­ ситную структуру.

Постоянство размеров и формы достигается специ­ альной термической обработкой измерительных инстру­

9