Инструментальные легированные стали
Для изготовления режущего инструмента наибольшее применение находят стали: хромокремнистая 9ХС, хромовольфрамовая ХВ5 и хромовольфрамомарганцовистая ХВГ.
Эти стали выдерживают в процессе резания нагрев до температуры 250—300°С, что позволяет инструменту, изготовленному из этих сталей, работать при скоростях, примерно в 1,2—1,4 раза больших по сравнению со скоростями резания, допускаемыми инструментом из инструментальных углеродистых сталей.
Инструментальные быстрорежущие и конструкционные стали
Если в стали будет 6-19% вольфрама и 3-4,6% хрома, то инструмент, изготовленный из такой стали, выдерживает в процессе резания нагрев до температуры 600°С, не теряя при этом своих режущих свойств; такая сталь называется быстрорежущей. После термической обработки инструмент из быбыстрорежущих сталей имеет твердость HRC 62-63 и может работать при скоростях резания, в 2-3 раза превышающих скорости, допускаемые инструментом, изготовленным из инструментальной углеродистой стали.
Марки стали и химический состав в % по ГОСТ 19265—73
| Марка с гали | Углерод | Хром | Вольфрам | Ванадий | Кобальт | Молибден |
| Р18 | 0,7—0,8 | 3,8—4,4 | 17,0—18,5 | 1,0—1,4 | — | Не более 1,0 |
| Р12 | 0,8—0,9 | 3,1—3,6 | 12—13 | 1,5—1,9 | — | Не более 1,0 |
| Р9 | 0,85—0,95 | 3,0—4,4 | 8,5—10,0 | 2,0—2,6 | — | Не более 1,0 |
| Р6МЗ | 0,85—0,95 | 3,0—3,6 | 5,5—6,5 | 2,0—2,5 | — | 3,0—3,6 |
| Р6М5 | 0,8—0,88 | 3,8—4,4 | 5,5—6,5 | 1,7—2,1 | — | 5,0—5,5 |
| Р18Ф2 | 0,85—0,95 | 3,8—4,4 | 17,0—18,0 | 1,8—2,4 | — | Не более 1,0 |
| Р14Ф4 | 1,2—1,3 | 4,0—4,6 | 13,0—14,5 | 3,4—4,2 | — | Не более 1,0 |
| Р18К5Ф2 | 0,85—0,95 | 3,8—4,4 | 17,0—18,5 | 1,8—2,4 | 5,0—6,0 | Не более 1,0 |
| Р10К5Ф5 | 1,45—1,55 | 4,0—4,6 | 10,0—11,5 | 4,3—5,1 | 5,0—6,0 | Не более 1,0 |
| Р9К5 | 0,9—1,0 | 3,8—4,4 | 9,0—10,5 | 2,0—2,6 | 5,0—6,0 | Не более 1,0 |
| Р9К10 | 0,9—1,0 | 3,8—4,4 | 9,0—10,5 | 2,0—2,6 | 9,0—10,5 | Не более 1,0 |
| Р6М5К5 | 0,8—0,88 | 3,8—4,4 | 6,0—7,0 | 1,7—2,2 | 4,8—5,3 | 4,8—5,3 |
| Р9М6К8 | 1,0—1,1 | 3,0—3,6 | 8,5—9,6 | 2,1—2,5 | 7,5—8,5 | 3,8—4,3 |
Примечание. Буква Р обозначает, что сталь относится к группе быстрорежущих; цифра, стоящая после буквы Р, показывает среднее содержание вольфрама в процентах; цифра после буквы К — среднее содержание кобальта; цифра после буквы Ф — среднее содержание ванадия; цифра после буквы М — среднее содержание молибдена.
Марганца, кремния и никеля в быстрорежущих сталях не более 0,5% каждого, серы не более 0,03%, фосфора не более 0,035%. В сталях всех марок допускается содержание молибдена до 1%; при этом содержание вольфрама в стали должно быть в пределах, указанных в табл. 1. Сталь, содержащая молибдена более 1%, дополнительно клеймится буквой М. Сталь Р18 является наиболее старой быстрорежущей сталью, с которой обычно сравниваются все другие. Сталь Р9 относится к разряду низковольфрамовых быстрорежущих сталей. Количество вольфрама в ней понижено в 2 раза по сравнению со сталью Р18, а количество ванадия повышено, что делает эту сталь по режущим свойствам, при обработке конструкционных углеродистых сталей, равноценной стали Р18. Но заготовки из этой стали плохо поддаются шлифованию и отделке, а потому сталь Р9 не рекомендуется для изготовления инструментов, для которых операция шлифования является трудоемкой.
Стали Р12 (вольфрамовая) и Р6М5 (молибденовая) близки по режущим свойствам к стали Р18, но экономичнее стали Р18 и технологичнее стали Р9. Эти стали обладают также повышенной пластичностью в нагретом состоянии, а поэтому они особенно эффективны при изготовлении инструмента (например, сверл) методом пластической деформации.
Ванадиевая сталь Р18Ф2 имеет несколько повышенную износостойкость по сравнению со сталью Р18 за счет большего содержания ванадия. Стали Р18, Р12, Р9, Р6МЗ, Р6Д15 и Р18Ф2 относятся к сталям нормальной производительности; другие стали, приведенные в табл. — к сталям повышенной производительности (выдерживают нагрев при резании до 640°С.)
Кобальтовые стали Р9К5, Р9КЮ, Р10К5Ф5 и Р18К5Ф2 имеют более высокую твердость, красностойкость и износостойкость (в 2-3 раза) по сравнению со сталью Р18 и применяются в основном для инструментов, работающих с повышенными скоростями резания (резцов, сверл, фрез). Наиболее эффективно применять кобальтовые и ванадиевые быстрорежущие стали при обработке заготовок из легированных сталей твердостью НВ 300-350, а также при обработке заготовок из жаропрочных сплавов и сталей.
Твердые сплавы
Твердые сплавы сохраняют относительно высокую твердость при нагреве до температуры 800-900°С. Поэтому инструмент, оснащенный твердыми сплавами, более износостоек по сравнению с инструментом, изготовленным из инструментальных сталей, и позволяет вести обработку на высоких скоростях резания, т. е. с большей производительностью. При соответствующих геометрических параметрах инструмента, оснащенного твердым сплавом, скорость резания достигает 500 м/мин при обработке заготовок из стали 45 и 2700 м/мин при обработке Заготовок из алюминия. Кроме того, инструментом из твердого сплава можно обрабатывать заготовки из закаленных (IIRC до 67) и труднообрабатываемых сталей. Для такого широко распространенного инструмента, как резцы и торцовые фрезы, твердые сплавы являются основным материалом, вытеснившим быстрорежущую сталь. Все большее применение находят твердые сплавы и при изготовлении других видов режущего инструмента (зенкеров, разверток, сверл и др.)
Твердые сплавы имеют высокие плотность (9,5-15,1 г/см3), твердость (HRB 87-92) и износостойкость при высоких температурах. Теплоемкость твердых сплавов в 2-2,5 раза меньше теплоемкости быстрорежущей стали Р18, а теплопроводность сплава Т15К6 примерно та же (выше в 1,13 раза) и значительно выше у сплава ВК8 (в 3 раза).
Для изготовления инструментов применяют следующие металлокерамические твердые сплавы:
1) вольфрамовые (однокарбндные), состоящие из зерен карбида вольфрама, сцементированных кобальтом (сплавы ВК2, ВКЗМ, ВК4, В Кб, ВК6М, ВК8, ВК8В);
2) титановольфрамовые (двухкарбидные), состоящие из зерен твердого раствора карбида вольфрама в карбиде титана и избыточных зерен карбида вольфрама, сцементированных кобальтом, или только из зерен твердого раствора карбида вольфрама в карбиде титана, сцементированных кобальтом (сплавы Т5КЮ, Т14К.8, Т15К.6, Т30К4, Т5К12В);
3) титанотанталовольфрамовые, состоящие из зерен твердого раствора (карбида титана, карбида тантала и карбида вольфрама) и избыточных зерен карбида вольфрама, сцементированных кобальтом (ТТ7К12).
В обозначении сплавов вольфрамовой группы цифра показывает содержание кобальта в процентах; например, в сплаве ВК8 8% кобальта и 92% карбида вольфрама. В обозначении сплавов титановольфрамовой группы число после буквы К показывает содержание кобальта, а число после буквы Т — содержание карбида титана в процентах; например, в сплаве Т15К6 содержится 6% кобальта, 15% карбида титана и 79% карбида вольфрама.
Инструменты из сплавов ВК8 и ВК6 применяют в основном при предварительной (черновой) обработке заготовок из чугуна, когда припуск может быть неравномерным и работа производится с относительно большими подачами, вызывающими увеличенную нагрузку на единицу длины режущей кромки инструмента.
Сплав Т5К10 применяют для предварительной обработки заготовок из сталей, при прерывистом резании, больших подачах (толстых стружках) и неравномерном сечении стружки; сплавы Т14К8 и Т15К6 — при получистовой обработке заготовок из сталей со средними значениями подач, с относительно равномерным сечением стружки при непрерывном резании.
