Главная страница

Изучение теплостойкости сплавов для режущего инструмента


Скачать 102,24 Kb.
НазваниеИзучение теплостойкости сплавов для режущего инструмента
Дата13.01.2017
Размер102,24 Kb.
ТипДокументы


- -

«МАТЕРИАЛОВЕДЕНИЕ» для подготовки к тесту


Теоретическое обоснование

Работы 8

ИЗУЧЕНИЕ ТЕПЛОСТОЙКОСТИ СПЛАВОВ

ДЛЯ РЕЖУЩЕГО ИНСТРУМЕНТА

Основные требования, предъявляемые к материалам для режущего инструмента - это высокая твердость и износостойкость. От этих характеристик зависит прежде всего качество обрабатываемой поверхности. Кроме того, при тяжелых условиях резания (высокие значения скорости резания, а также - прочности, твердости или вязкости обрабатываемых изделий), когда режущая кромка может разогреваться до температур красного каления и выше, материал инструмента должен обладать теплостойкостью - способностью сохранять высокую твердость (износостойкость) при длительном нагреве. Величина теплостойкости оценивается предельной температурой, при которой сохраняется высокое значение твердости (обычно 58...59 HRCэ), обеспечивающей работоспособность инструмента.  В дальнейшем эту температуру, характеризующую теплостойкость, будем обозначать t58.

По теплостойкости сплавы для режущего инструмента подразделяют на следующие группы:

1. Углеродистые и низколегированные стали с теплостойкостью t58200 С.

2. Высоколегированные быстрорежущие стали с t58600...640 С.

Твердые сплавы с t58800...1000 С1.

Высокая твердость сталей для режущего инструмента обеспечивается большим содержанием углерода - обычно 0,9...1,2 %, иногда до 1,3...1,5 %.

Углеродистые стали (У9, У10, У11, У12, У13, ГОСТ 1435-90) после неполной закалки (см. работу 6) и низкого отпуска имеют структуру мартенсита с мелкозернистыми включениями вторичного цементита и высокую твердость HRCэ 62...64. Недостаток этих сталей - пониженная прокаливаемость, поэтому из них изготавливают металлообрабатывающий инструмент небольшого размера (метчики, сверла, напильники, пилы и др.). Закалку проводят в воде или солевых растворах.

Низколегированные инструментальные стали (ГОСТ 5950-2000) содержат такое же количество углерода и до 5 % легирующих элементов. Основным легирующим элементом является хром.

Стали этой группы, как и инструментальные углеродистые, подвергаются закалке и низкому отпуску, имеют аналогичную структуру и практически такую же твердость (см. табл. 8.1). Их теплостойкость лишь незначительно выше (t58<250...260 С).Однако вследствие легирования они обладают более низкой критической скоростью закалки Vкр и существенно большей прокаливаемостью (см. работу 7). Так, из стали ХВСГ можно изготавливать инструмент с поперечным сечением до 100 мм. Закаливают эти стали обычно в масле.

В быстрорежущих сталях (ГОСТ 19265-73) высокая теплостойкость (красностойкость) достигается введением большого количества вольфрама1 наряду с другими карбидообразующими элементами (Mo, Cr, V).

Карбиды этих элементов в отличие от цементита в углеродистых сталях выделяются из мартенсита и коагулируют (укрупняются) при более высоких температурах отпуска. Поэтому распад мартенсита в быстрорежущих сталях и последующая коагуляция карбидов, приводящие к снижению твердости, сдвигаются в область высоких температур (500...600 С). Для получения высокой теплостойкости карбиды как можно полнее должны быть растворены в аустените (этим обеспечивается получение высоколегированного мартенсита). Для этого необходима высокая температура нагрева стали под закалку. Сильное легирование быстрорежущих сталей приводит к тому, что температура окончания

мартенситного превращения лежит ниже комнатной (см. работу 6). Поэтому в закаленной стали сохраняется до 30 % остаточного аустенита, снижающего режущие свойства инструмента. Для его уничтожения применяют трехкратный отпуск при t560 С. При этом аустенит превращается в мартенсит, кроме того, выделяются дисперсные вторичные карбиды, что на несколько единиц (1...3 HRCэ) повышает твердость закаленной стали. Структура стали после такой термообработки: мартенсит, дисперсные вторичные и относительно крупные первичные карбиды.

Твердые сплавы - это металлокерамические материалы на основе высокотвердых и тугоплавких карбидов вольфрама, титана, тантала. Они изготавливаются методом порошковой металлургии. Порошки карбидов смешивают с порошком кобальта, выполняющим роль связки, прессуют и спекают при 1400...1550 С. Таким образом изготавливают режущие пластинки, которыми оснащают резцы, фрезы, сверла и другие инструменты. Структура таких материалов на 80-95 % состоит из карбидных частиц, обеспечивающих высокую твердость HRA 85...92  (HRCэ 67...76) и теплостойкость (t58800...1000 С) 

инструмента.

По ГОСТ 3882-74  выпускают твердые сплавы трех групп:

  1. вольфрамовые (ВК3, ВК6, ..., ВК25);

  2. титановольфрамовые (Т30К4, Т15К6, ..., Т5К12);

  3. титанотанталовольфрамовые (ТТ7К12, ТТ8К6, ..., ТТ20К9).

В группе ВК цифры показывают содержание кобальта в процентах, остальное карбид вольфрама WC. В группе ТК цифры после букв Т и К- содержание карбида титана TiC и Со соответственно, остальное WC. В группе ТТК цифры после букв ТТ и К - содержание карбидов титана и тантала в сумме (TiC+TaC) и


Со соответственно, остальное WC. Например, ВК6 – 6 % Co, 94 % WC; T30K4 – 30% TiC, 4% Co, 66 % WC; TT7K12 – 7 % (TiC+TaC), 12 % Co, 81 % WC.

Твердые сплавы применяются для высокоскоростного резания сталей, а также черновой и чистовой обработки труднообрабатываемых материалов (чугуна, жаропрочных сталей и сплавов, керамики).
Литература: [1], с. 349...357, 364...366; [2], с. 609…621, или [3], с. 320...331,

или [4], с. 358...367, 379...382.


1 Кроме того, применяются сверхтвердые минералокерамические материалы, например, нитрид бора с теплостойкостью до 1200 С. 

1  В связи с дефицитностью W разработаны также быстрорежущие стали с малым его содержанием (Р3М3Ф3) и даже безвольфрамовые (Р0М5Ф1, Р0М3Ф2).