Инструментальные материалы

1) Стали для измерительного инструмента (У8-У12, Х, ХГС, ХВГ, 9ХС, азотируемая 38Х2МЮА – для инструментов большого размера и сложной геометрии)

Для обеспечения высокой твердости стали и стабильности размеров инструмента в процессе эксплуатации проводится следующая термическая обработка: закалка в масле; обработка холодом при t=–80°С (для особо точных инструментов); длительный (до 30 часов) низкотемпературный отжиг – старение при 120-170°С.

2) Стали для режущего инструмента

· нетеплостойкие (У7 – У13, 13Х, 9ХС) с рабочей температурой до 200-250 °С; окончательная термообработка – закалка + низкий отпуск

· полутеплостойкие (9Х5ВФ, 8Х4В3М3Ф2) с рабочей температурой до 400 °С;

· теплостойкие (теплостойкость – способность сохранять твердость и режущие свойства при длительном нагреве в процессе работы) с рабочей температурой до 600 °С; Высокая теплостойкость достигается легированием большого количества вольфрама совместно с другими карбидообразующими элементами: молибденом, хромом, ванадием (в марках сталей Р18, Р6М5 – после буквы «Р» указывается содержание вольфрама). Термообработка быстрорежущих сталей – закалка со ступенчатым нагревом до 1270-1290°С (для более равномерного прогрева по всему сечению во избежание трещинообразования) + многократный отпуск (550-570°С в течение 45-60 мин) – для снижения количества аустенита остаточного А_ост (при каждой операции отпуска количество А_ост уменьшается примерно в 2 раза).В термически обработанном состоянии быстрорежущие стали имеют структуру, состоящую из мартенсита отпуска и карбидов и твердость 63-65 HRC.

3) Стали для штампового инструмента

В зависимости от температурных условий эксплуатации различают штамповые стали для деформирования:

v в холодном состоянии (У10–У12, X, ХВГ, ХВСГ, Х6ВФ, Х12М, 6Х4М2ФС), термообработка – закалка + низкий отпуск

v в горячем состоянии (достаточно сложные по составу легированные стали, содержащие 0,3-0,6 % С – 5ХНТ, 4Х2В5МФ, 4Х3ВФ2М2, 3Х2В8Ф), термообработка –закалка до 820-880°С с применением средств защиты от окисления и обезуглероживания (т.к. продолжительность нагрева достигает 20-25 часов). Последующее охлаждение проводят на воздухе или после подстуживания до 750-780 °С в масле по способу прерывистой закалки. Отпуск при 550-680 °С с целью получения трооститной и трооститно-сорбитной структуры

4) Порошковые быстрорежущие стали

Исходная шихта состоит из предварительно тонко измельченной стружки быстрорежущей стали, которую формуют в холодном состоянии с последующим спеканием в вакууме при 1200-1250°С в течение 3-5 часов. Для уменьшения пористости порошковую быстрорежущую сталь подвергают горячей штамповке или горячему прессованию. После этого изделия подвергают термической обработке, характерной для данной марки стали.

5) Твердые сплавы

состоят из карбидов тугоплавких металлов (вольфрама, титана тантала, ниобия, ванадия) и цементирующего металла – кобальта, играющего роль связки:

Ø Вольфрамовые (однокарбидные) – ВК-20 (20 % Со, остальное – WC);

Ø Титанвольфрамовые (двухкарбидные) – Т15К6 (15 % TiC, 6 % Co, остальное – WC);

Ø Титантанталвольфраимовые – ТТ7К12 (TiC+TаC =7 %, 12 % Со, остальное – WC).

Сплавы получают спеканием порошков карбидов с порошком кобальта при 1400-1500° после предварительного прессования. Твердые сплавы изготавливают в виде пластин, которые медным припоем припаивают к державке из обычной углеродистой стали. Твердые сплавы применяют для резцов, сверл, фрез и другого инструмента.

Твердые сплавы обладают наиболее высокой твердостью (80-97 HRA) и сохраняют ее при нагреве до высоких температур (800-1000°С). Скорость резания твердыми сплавами в 5-10 раз выше, чем при применении быстрорежущих сталей.

6) Сверхтвердые материалысозданы на основе нитрида бора и нитрида кремния. В них нет пластичной металлической связки. Изделия из этих материалов изготавливают либо с помощью взрыва, либо в условиях сверхвысоких давлений и высоких температур. Они обладают высокой твердостью (94-96 HRA), прочностью, износостойкостью, теплопроводностью, высокой стабильностью физических свойств и структуры при повышении температуры до 1000°С. Их преимуществом является доступность и дешевизна исходного продукта, благодаря чему они используются для замены вольфрамсодержащих твердых сплавов.

Изделия из нитридов бора и кремния используют в качестве материала иденторов (наконечников) для измерения твердости тугоплавких материалов в интервале температур 700-1800°С, как абразивный материал и в качестве сырья для изготовления сверхтвердых материалов, применяемых для оснащения режущей части инструментов для обработки закаленных сталей, твердых сплавов, стеклопластиков, цветных металлов.