Инструментальные стали и сплавы

Ванадиевая сталь Р9Ф5 имеет увеличенное содержание ванадия (до 4,3—5,1%) и углерода (до 1,4—1,5%) и обладает высокой износостойкостью в инструментах с небольшой толщиной стружки и малыми скоростями (развертки, метчики, протяжки и т.п.).

Быстрорежущие стали Р18Ф2 и Р14Ф4 с меньшим количеством ванадия (1,8—2,4% и 3,4—4,1% соответственно) занимают по своим свойствам промежуточное положение.

Кобальтовые быстрорежущие стали повышенной производительности Р9К5, Р9К10, Р18К5Ф2 и Р10К5Ф5 обладают более высокой износостойкостью, красностойкостью и твердостью по сравнению со сталью Р18 и могут применяться для изготовления инструментов, нагревающихся при работе до высоких температур (обработка нержавеющих, жаропрочных сплавов и сталей, а также при обработке легированных сталей твердостью НВ 300-:-350). Кобальтовые стали используются при изготовлении фрез, резцов, сверл и других инструментов.

Инструментальные углеродистые и легированные стали после соответствующей термической обработки могут иметь твердость HRC 58—64. Твердость быстрорежущих сталей обычной производительности HRC 63—65, для быстрорежущих палей повышенной производительности HRC 64—66.

Инструменты с низкой твердостью очень быстро изнашиваются и становятся неприспособленными для работы, так как теряют свою форму и размеры. С повышением твердости шлифуемость стали при изготовлении и при переточках ухудшается. Однако чрезмерное повышение твердости может вызывать преждевременное выкрашивание режущих кромок и быть причиной поломки инструмента.

В настоящее время для производства режущих инструментов очень широко используются твердые сплавы. Эти инструментальные материалы содержат чрезвычайно твердые и тугоплавкие металлоподобные вещества, называемые карбидами, нитридами, боридами и силицидами. Они представляют собой соединения углерода, азота, бора, кремния с металлами — вольфрамом, титаном, танталом, ниобием, молибденом. Температура плавления карбидов очень высокая в пределах 2000—3800° С, а по твердости они приближаются к самому твердому веществу — алмазу.

Твердые сплавы изготовляются по особому технологическому процессу, называемому порошковой металлургией. Порошки карбидов смешиваются с порошками некоторых металлов, из них формируются и прессуются изделия или пластинки, которые затем подвергаются термической обработке — спеканию при температуре ниже температуры плавления исходных материалов.

Такой процесс позволяет получать инструменты и детали сложной формы, с особой структурой. Обычно это очень мелкозернистые соединения частиц карбидов размером 0,5—10 мкм, соединенных цементирующей средой. Цементирующим металлом в твердых сплавах обычно является кобальт.

Использование для изготовления инструментов твердых металлокерамических сплавов позволяет существенно повысить производительность обработки (почти в 2— 3 раза) в основном за счет использования более высоких скоростей резания (до 150—200 м/мин вместо 40—50 м/мин для инструментов из быстрорежущих сталей).