43. Инструментальные некрасностойкие стали для изготовления режущего инструмента, их термообработка и свойства.

Материалорежущие – свёрла, резцы, фрезы, ножовочные полотна, протяжки, прошивки и др. Основные требования: высокая твёрдость, износостойкость, красностойкость. В зависимости от скорости резания режущая кромка разогревается до 1000ºС. В случае углеродистых и низколегированных сталей t не должна превышать 250…300ºС. У высоколегированных сталей (быстрорежущих) t в зоне резания не должна превышать 600…620ºС. На производстве используются металло-керамические материалы – твёрдые сплавы. У них t в зоне резания около 800ºС. У материала на основе кубического нитрида бора – 1200ºС.

Самый дешёвый инструмент делают из стали. Инструменты для бытовых нужд (ножовочные полотна, напильники, свёрла и др.) делают из углеродистых и низколегированных сталей (У8, У9, У10, У12).

Предварительно проводится неполный отжиг до 780ºС, затем выдержка и охлаждение с печью до 600ºС, а далее на воздухе (для улучшения обрабатываемости металла). Затем изготовление инструмента и окончательная обработка – закалка и низкий отпуск. Нагрев под закалку 780ºС, выдержка и охлаждение выше критической скорости сначала в воде, а затем в масле. При передержке в воде возникают трещины.

Мп – начало мартенситного превращения

1-2 – начало и конец превращения А в П

Если охлаждать только в воде – трещины из-за больших внутренних напряжений в стали. Если охлаждать только в масле – недостаточная твёрдость (не образуется мартенсит). В воде охлаждают – 1 секунда на на 1 мм критического размера сечения детали. Структура – мартенсит+аустенит остаточный (до 5%)+Ц_II. Твёрдость – более 60 HRC. До закалки – менее 20 HRC.

Низкий отпуск при 180…200ºС, твёрдость уменьшается незначительно, но за счёт снятия внутренних напряжений существенно увеличивается сопротивление образованию трещин. Т.е. повышается надёжность. Недостаток этих сталей – большие деформации, небольшая прокаливаемость, заниженная износостойкость, нельзя делать крупногабаритные изделия. За счёт легирования увеличивается износостойкость, прокаливаемость, красностойкость.

Красностойкость оценивается t после выдержки 4 часов при которой сохраняется твёрдость 58 HRC. При этой твёрдости – хорошие режущие свойства. Красностойкость углеродистых сталей – до 300ºС. Предварительная обработка – неполный отжиг, после изготовления – закалка и низкий отжиг. t под закалку 820ºС и охлаждение в минеральном масле. Твёрдость – 60-62 HRC. Структура – мартенсит отпущенный+аустенит остаточный+К_II (карбиды вторичные).

44. Быстрорежущие стали. Твёрдые сплавы.

Бестрорежущие стали наиболее часто используются для режущнго инструмента. Красностойкость до 620ºС. На промышленных станках можно обеспечить высокую производительность за счёт высоких скоростей резания. Высокую красностойкость обеспечивают молибден и вольфрам – легирующие элементы. Обязательно наличие хрома и ванадия.

Р6М5 (6% вольфрама, 5% молибдена), Р18 (18% вольфрама). Во всех этих сталях ~4% хрома, 1-3% ванадия, 0,8% углерода.

О чень сложная термообработка: изотермический отжиг (нагрев до 870ºС, выдержка и охлаждение до 700ºС с печью, затем снова выдержка и медленное охлаждение. Можно делать обычный отжиг без выдержки, но тогда необходимо, чтобы скорость охлаждения была не более 30ºС в час(если выше – будет плохая обрабатываемость заготовки). После отжига – закалка.

Осуществляется в 3 этапа.

1−1', 2−2' – предварительные подогревы в соляных ваннах, 3−3' – окончательный нагрев до 1280ºС, 3'−4 – охлаждение в минеральном масле. Предварительные подогревы нужны для избежания трещин при быстром разогреве кромок (влияние изотермических напряжений). После закалки формируется мартенсит (в структуре: 30% аустенита остаточного и К_I и К_II). Аустенит остаточный – мягкая, вязкая составляющая, уменьшает режущие свойства. Для его устранения проводят трёхкратный отпуск при 560ºС по одному часу каждый. В процессе аустенит остаточный превращается в мартенсит. В итоге остаётся 1% аустенита остаточного. Вместо трёхкратного отпуска можно делать обработку холодом (ниже температур конца мартенситного превращения). t испарения -196ºС (жидкий азот). Аустенит остаточный превращается в мартенсит. Тогда делают один отпуск при 560ºС. Структура – мартенсит отпущенный+ К_I+К_II+аустенит остаточный (менее 1%). Р6М5К5 – красностойкость 640ºС и износостойкость.

Твёрдые сплавы имеют красностойкость 800ºС. Получают методами порошковой металлургии: порошковые компоненты взвешивают, перемешивают, засыпают в специальные прессовочные формы и делают высокотемпературные прессование и спекание при 1800…2000ºС. Компоненты –высокотвёрдые карбиды вольфрама, тантала, титана. В качестве связи – порошок кобальта (мягкий материал, 2-10%). В промышленности используются одно-, двух-, трёхкарбидные сплавы. Однокарбидные – на основе карбида вольфрама. ВК2, ВК8 (Х – содержание кобальта, остальное – карбид вольфрама). Двухкарбидные – на основе карбидов титана и вольфрама (Т15К6). Карбид титана твёрже карбида вольфрама. Используются для труднообрабатываемых деталей. Трёхкарбидные – на основе карбида титана, вольфрама и тантала (твёрже титана). ТТ8К6 (8 – содержание титана-тантала). Используются для черновой обработки при больших скоростях резания. Твёрдые сплавы термообработке не подвергаются. Изготовление режущих частей иснтрумента – пластин и резцов, которые механически крепятся к держателям. Иногда используют алмазный инструмент. Алмаз – самый твердый материал, можно всё обрабатывать. При температуре 800ºС обугливается, поэтому резать нужно медленно (max нагрев до 700ºС).

Твёрдость у быстрорежущих сталей 8 ГПа, у твёрдых сплавов 20 ГПа, у алмаза 100 ГПа. Пластины из кубического нитрида бора – 80 ГПа, t до 1200ºС.