30116

Инструментальные материалы. Упрочняющая обработка

Лекция

Производство и промышленные технологии

Инструментальными являются материалы, основное назначение которых - оснащение рабочей части инструментов. К ним относятся инструментальные углеродистые, легированные и быстрорежущие стали, твердые сплавы, минералокерамика, сверхтвердые материалы.

Русский

2014-10-16

220 KB

0 чел.

Лекция 18

Инструментальные материалы. Упрочняющая обработка.

1.1. Металлообрабатывающие инструменты для обработки давлением. 1.2. Сплавы и свойства. 1.3. Твердость и методы ее определения.

Инструментальными являются материалы, основное назначение которых - оснащение рабочей части инструментов. К ним относятся инструментальные углеродистые, легированные и быстрорежущие стали, твердые сплавы, минералокерамика, сверхтвердые материалы.

Основные свойства инструментальных материалов

Инструментальный материал

Теплостойкость, С

Предел прочности при изгибе, МПа

Микротвер-дость, НV

Коэффициент тепло-проводности, Вт/м

Углеродистая сталь

Легированная сталь

Быстрорежущая сталь

Твердый сплав

Минералокерамика

Алмаз

Кубический нитрид

бора

200-250

250-300

610-700

800-900

1100-1500

700-900

1300-1500

1900-2200

2000-2500

2050-3400

880-2350

325-700

210-480

700-1500

-

-

700-750

1600-1700

1500

10000-10600

8500-9400

31-32

27-29

18-20

13-80

3

142,5

25-60

Инструментальные стали.

По химическому составу, степени легированности инструментальные стали разделяются на инструментальные углеродистые, инструментальные легированные и быстрорежущие стали. Физико-механические свойства этих сталей при нормальной температуре достаточно близки, различаются они теплостойкостью и прокаливаемостью при закалке.

В инструментальных легированных сталях массовое содержание легирующих элементов недостаточно, чтобы связать весь углерод в карбиды, поэтому теплостойкость сталей этой группы лишь на 50-1000С превышает теплостойкость инструментальных углеродистых сталей. В быстрорежущих сталях стремятся связать весь углерод в карбиды легирующих элементов, исключив при этом возможность образования карбидов железа. За счет этого разупрочнение быстрорежущих сталей происходит при более высоких температурах.

Инструментальные углеродистые (ГОСТ 1435-74) и легированные (ГОСТ 5950-73) стали. Основные физико-механические свойства инструментальных углеродистых и легированных сталей приведены в таблицах. Инструментальные углеродистые стали обозначаются буквой У, за которой следует цифра, характеризующая массовое содержание углерода в стали в десятых долях процента. Так, в стали марки У10 массовое содержание углерода составляет один процент. Буква А в обозначении соответствует высококачественным сталям с пониженным массовым содержанием примесей.

Химический состав углеродистых инструментальных сталей

Марка стали

С, %

Mn, %

Si, %

Марка стали

С, %

Mn, %

Si,%

У7

У8

У9

У10

У11

У12

У13

0,65 – 0,74

0.75 – 0,84

0,85 – 0,94

0,95 – 1,04

1,05 – 1,14

1,15 – 1,24

1,25 – 1,35

0,20 - 0.40

- // -

0,15 – 0,35

- // -

- // -

- // -

- // -

 

 

0,15 –

0,35

У7А

У8А

У9А

У10А

У11А

У12А

У13А

0,65 – 0,74

0.75 – 0,84

0,85 – 0,94

0,95 – 1,04

1,05 – 1,14

1,15 – 1,24

1,25 – 1,35

0,15- 0.30

- // -

- // -

- // -

- // -

- // -

- // -

 

 

0,15 –

0,30

Содержание серы не более 0,03%

фосфора – 0,035%, хрома – 0,2%

никеля – 0,25%, меди – 0,25%

Содержание серы не более 0,02%

Фосфора – 0,03%, хрома – 0,15%

меди – 0,2%

Марка стали

Область применения

У7, У7А

Зубила, стамески, пилы, керны, слесарный инструмент

У8, У8А

Ножницы, пилы, ролики накатные, пробойники, матрицы, ручные дереворежущие инструменты.

У10, У10А, У11, У11А

Мелкоразмерный режущий инструмент.

У12, У12А

Режущий инструмент, работающий при низких скоростях резания

У13, У13А

Напильники, шаберы, резцы, гравировальный инструмент.

В инструментальных легированных сталях первая цифра, характеризует массовое содержание углерода в десятых долях процента (если цифра отсутствует, то содержание углерода в ней до одного процента). Буквы в обозначении указывают на содержание соответствующих легирующих элементов: Г - марганец, Х - хром, С - кремний, В - вольфрам, Ф - ванадий, а цифры обозначают содержание элемента в процентах. Инструментальные легированные стали глубокой прокаливаемости марок 9ХС, ХВСГ, Х, 11Х, ХВГ отличаются малыми деформациями при термической обработке.

Малолегированные инструментальные стали

Эти материалы имеют ограниченные области применения: углеродистые идут, в основном, для изготовления слесарных инструментов, а легированные - для резьбообразующих, деревообрабатывающих и длинномерных инструментов (ХВГ)- протяжек, разверток и т.д.

Быстрорежущие стали (ГОСТ 19265-73)

Химический состав и прочностные характеристики основных марок этих сталей приведены в специальных таблицах. Быстрорежущие стали обозначаются буквами, соответствующими карбидообразующим и легирующим элементам: Р - вольфрам, М - молибден, Ф - ванадий, А - азот, К - кобальт, Т - титан, Ц - цирконий). За буквой следует цифра, обозначающая среднее массовое содержание элемента в процентах (содержание хрома около 4 процентов в обозначении марок не указывается).

Цифра, стоящая в начале обозначения стали, указывает содержание углерода в десятых долях процента (например, сталь 11Р3АМ3Ф2 содержит около 1,1 % С; 3 % W; 3 % Мо и 2 % V). Режущие свойства быстрорежущих сталей определяются объемом основных карбидообразующих элементов: вольфрама, молибдена, ванадия и легирующих элементов- кобальта, азота. Ванадий в связи с малым массовым содержанием (до 3%) обычно не учитывается, и режущие свойства сталей определяются, как правило, вольфрамовым эквивалентом, равным (W+2Mo)%. В прейскурантах на быстрорежущие стали выделяют три группы сталей: стали 1-й группы с вольфрамовым эквивалентом до 16 % без кобальта, стали 2-й группы - до 18 % и содержанием кобальта около 5 %,  2ста 0ли 3-й группы - до 20 % и содержанием кобальта 5-10 %. Соответственно, различаются и режущие свойства этих групп сталей.

Химический состав быстрорежущих сталей

Марка стали

С, %

W, %

Cr, %

V, %

Mo,%

Co,%

Si, %

Р9

Р12

Р18

Р6М3

Р6М5

Р9К5

Р9К10

Р18Ф2

Р14Ф4

Р12Ф3

Р9Ф5

Р10Ф5К5

Р18Ф2К5

Р6М5К5

Р9М4К8

11Р3АМ3Ф2

0.85-0.95

0,8-0,9

0,7-0,6

0,85-0,95

0,8-0,88

0.9-1

0.9-1

0,85-0,95

1,2-1,3

1

1,4-1,5

1,45-1,55

0,85-0,95

0,8-0,88

1-1,1

1,1

8,5-10

12-13

17-18,5

5,5-6,5

5,5-6,5

9-10,5

9-10,5

17-19

13-14,5

12,5

9-10,5

10-11,5

17-18,5

6-7

8,5-9,6

3

3,8-4,4

3,1-3,6

3,8-4,4

3-3,6

5,8-4,4

3,8-4,4

3.8-4,4

3,8-4,4

4-4.6

3,8

3,8-4,4

3,5-4

3,8-4,4

3,8-4,4

3-3,6

-

2-2,6

1,5-1,9

1-1,4

2-2,5

1,7-2,1

2-2,6

2-2,6

1,8-2,4

3,8-4,1

2,7

4,3-5,1

4,3-5,1

1,9-2,4

1,7-2,2

2,1-2,5

2

1

1

1

3-3,6

5-5.5

1

1

0,5-1

1

0,7

1

1

1

4,8-5,3

3,8-4,3

2

-

-

-

-

-

5-6

9-10,5

-

-

-

-

5-6

5-6

4,8-5,3

7,5-8,5

-

Химический состав литых быстрорежущих сталей

Марка стали

С, %

W, %

Cr, %

V, %

Mo,%

Mn,%

РЛ-1

РЛ-2

РЛ-3

РЛ-4

0,85-0,95

0,9-1

0,95-1,05

1-1,1

5-7

8-10

5,5-6,5

5-6

3-4

2-3

3,8-4,4

2,8-3,5

2-2,6

2-2,6

1,8-2.2

2,8-3,2

3-4

1-1,5

4,5-5,5

4-5,5

0,4-0,7

0,9-1,3

0,5-0,8

0,5-0,8

Кроме стандартных, применяются и специальные быстрорежущие стали, содержащие, например, карбонитриды титана. Однако высокая твердость заготовок этих сталей, сложность механической обработки не способствующих широкому распространению. При обработке труднообрабатываемых материалов находят применение порошковые быстрорежущие стали Р6М5-П и Р6М5К5-П. Высокие режущие свойства этих сталей определяются особой мелкозернистой структурой, способствующей повышению прочности, уменьшению радиуса скругления режущей кромки, улучшенной обрабатываемости резанием и в особенности шлифованием. В настоящие время проходят промышленные испытания безвольфрамовые быстрорежущие стали с повышенным содержанием различных легирующих элементов, в том числе алюминия, малибдена, никеля и других

Один из существенных недостатков быстрорежущих сталей связан с карбидной неоднородностью, т.е. с неравномерным распределением карбидов по сечению заготовки, что приводит, в свою очередь, к неравномерной твердости режущего лезвия инструмента и его износа. Этот недостаток отсутствует у порошковых и мартенситно-стареющих (с содержанием углерода менее 0,03%) быстрорежущих сталей.

Марка стали

Примерное назначение и технологические особенности

Р18

Может использоваться для всех видов режущего инструмента при обработке обычных конструкционных материалов. Обладает высокой технологичностью.

Р12

Примерно для тех же целей, что и сталь Р18. Хуже шлифуется.

Р9

Для инструментов простой формы, не требующих большого объёма шлифовальных операций; применяется для обработки обычных конструкционных материалов; обладает повышенной пластичностью и может использоваться для изготовления инструментов методами пластической деформации; шлифуемость пониженная.

Р6М5

Для всех видов режущих инструментов. Возможно использовать для инструментов, работающих с ударными нагрузками; более узкий, чем у стали Р18 интервал закалочных температур, повышенная склонность к обезуглероживанию.

Р6М5Ф3

Чистовые и получистовые инструменты / фасонные резцы, развёртки, протяжки и др. / при обработке конструкционных сталей.

10Р6М5

То же, что и сталь Р6М5, но по сравнению со сталью Р6М обладает несколько большей твёрдостью и меньшей прочностью.

Р9Ф5, Р14Ф4

Используются для изготовления инструментов простой формы, не требующих большого объёма шлифовальных операций рекомендуется для обработки материалов с повышенными абразивными свойствами / стеклопластики, пластмассы, эбонит и т.п. / для чистовых инструментов, работающих со средними скоростями резания и малыми сечениями среза; шлифуемость пониженная.

Р12Ф3

Для чистовых и получистовых инструментов, работающих со средними скоростями резания; для материалов с повышенными абразивными свойствами; рекомендуется взамен сталей Р6Ф5 и Р14Ф4, как сталь лучшей шлифуемости при примерно одинаковых режущих свойствах.

Р9М4К8, Р6М5К5

Для обработки высокопрочных нержавеющих, жаропрочных сталей и сплавов в условиях повышенного разогрева режущей кромки; шлифуемость несколько понижена.

Р10К5Ф5, Р12К5Ф5

Для обработки высокопрочных и твёрдых сталей и сплавов; материалов обладающих повышенными абразивными свойствами; шлифуемость низкая.

Р9К5

Для обработки сталей и сплавов повышенной твёрдости; чистовая и получистовая обработка без вибраций; шлифуемость пониженная.

11Р3АМ3Ф2

Для инструментов простой формы при обработке углеродистых и легированных сталей с прочностью не более 800 МПа.

Р6М5К5-МП, Р9М4К8-МП (порошко-вые)

Для тех же целей, что и стали Р6М5К5 и Р9М4К8; обладают лучшей шлифуемостью, менее деформируются при термообработке, обладают большей прочностью, показывают более стабильные эксплуатационные свойства.

Твердые сплавы (ГОСТ 3882-74)

Твердые сплавы содержат смесь зерен карбидов, нитридов, карбонитридов тугоплавких металлов в связующих материалах. Стандартные марки твердых сплавов выполнены на основе карбидов вольфрама, титана,тантала. В качестве связки используется кобальт. Состав и основные свойства некоторых марок твердых сплавов для режущих инструментов приведены в таблице.

Физико-механические свойства одно-, двух- и трехкарбидных твердых сплавов

Марка

сплава

Коэффициент теплопроводности, Вт/(м

Коэффициент удельной теплоемкости Дж/(кг

Коэффициент линейного расширения,

Х 106 К-1

Предел прочности при изгибе,

МПа

Предел прочности при сжатии, Мпа

ВК4

ВК6

ВК8

ВК10

ВК15

ВК20

ВК25

Т30К4

Т15К6

Т14К8

Т5К10

Т5К12

ТТ8К6

ТТ7К12

ТТ10К8В

ТТ20К9

50,3

38-80

46-75

54-71

67-69

41-66

37,7

13-24

13-38

17-34

21-63

21

-

-

-

-

-

175,9

167,6

-

175,9

171,8

-

335,2

251,4

222,1

209,5

-

-

-

-

-

3,4-4,7

3,6-5,0

4,8-5,5

3,8-6,0

4,7-6,0

4,7-6,0

3,8-6,7

6,6-7,0

5,6-6,0

6,0-6,2

5,5

5,9

-

-

-

-

1270-1370

1320-1660

1370-1810

1470-1910

1615-2155

1860-2330

1765-2255

882-931

1127-1180

1130-1370

1270-1370

1620-1760

1225

1372-1617

1421

1274

4030-4270

4300-4900

3235-4380

4040-4605

3775-3820

3330-3430

2970-3235

3230-3980

4120-4210

2940-4120

4410-4500

3140

-

-

-

-

Состав и физико-механические свойства безвольфрамовых твердых сплавов

Марка

сплава

TiC, %

Ni, %

Mo, %

ТН20

ТН25

ТН30

ТН50

КНТ16

79

74

70

50

74

16

20

24

37

19.5

5

6

7

13

6,5

В зависимости от состава карбидной фазы и связки обозначение твердых сплавов включает буквы, характеризующие карбидообразующие элементы (В - вольфрам, Т - титан, вторая буква Т - тантал) и связку (буква К- кобальт). Массовая доля карбидообразующих элементов в однокарбидных сплавах, содержащих только карбид вольфрама, определяется разностью между 100% и массовой долей связки (цифра осле буквы К), например, сплав ВК4 содержит 4% кобальта и 96% WC. Вдвухкарбидных WC+TiC сплавах цифра после буквы карбидообразующего элемента определяется массовая доля карбидов этого элемента, следующая цифра - массовая доля связки, остальное - массовая доля карбида вольфрама (например, сплав Т5К10 содержит 5% TiC,10% Co и 85% WC).

В трехкарбидных сплавах цифра после букв ТТ означает массовую долю карбидов титана и тантала. Цифра за буквой К - массовая доля связки, остальное- массовая доля карбида вольфрама (например, сплав ТТ8К6 содержит 6% кобальта, 8% карбидов титана и тантала и 86% карбида вольфрама).

В металлообработке стандартом ISO выделены три группы применяемости твердосплавного режущего инструмента: группа Р - для обработки материалов, дающих сливную стружку; группа К - стружку надлома и группа М - для обработки различных материалов (универсальные твердые сплавы). Каждая область разделяется на группы и подгруппы.

Твердые сплавы, в основном, выпускаются в виде различных по форме и точности изготовления пластин: напайных (наклеиваемых) - по ГОСТ 25393-82 или сменных многогранных - по ГОСТ 19043-80 - 19057-80 и другим стандартам.

Многогранные пластины выпускаются как из стандартных марок твердых сплавов, так и из этих же сплавов с однослойными или многослойными сверхтвердыми покрытиями из TiC, TiN, оксида алюминия и других химических соединений. Пластины с покрытиями обладают повышенной стойкостью. К обозначению пластин из стандартных марок твердых сплавов с покрытием нитридов титана добавляют - маркировку букв КИБ (ТУ 2-035-806-80), а к обозначению сплавов по ISO - букву С.

Выпускаются также пластины и из специальных сплавов (например, по ТУ 48-19-308-80). Сплавы этой группы (группы "МС") обладают более высокими режущими свойствами. Обозначение сплава состоит из букв МС и трехзначного (для пластин без покрытий)или четырехзначного (для пластин с покрытием карбидом титана) числа:

1-я цифра обозначения соответствует области применения сплава по классификации ISO (1 - обработка материалов, дающих сливную стружку; 3 - обработка материалов, дающих стружку надлома; 2 - область обработки, соответствующая области М по ISO);

2-я и 3-я цифры характеризуют подгруппу применяемости, а 4-я цифра - наличие покрытия. Например, МС111 (аналог стандартного Т15К6), МС1460 (аналог стандартного Т5К10) и т.д.

Кроме готовых пластин выпускаются также заготовки в соответствии с ОСТ 48-93-81; обозначение заготовок то же, что и готовых пластин, но с добавлением буквы З.

Безвольфрамовые твердые сплавы широко применяются как материалы, не содержащие дефицитных элементов. Безвольфрамовые сплавы поставляются в виде готовых пластин различной формы и размеров, степеней точности U и М, а также заготовок пластин. Области применения этих сплавов аналогичны областям использования двухкарбидных твердых сплавов при безударных нагрузках.

Марки

Применяется для

ВК3

 

Чистового точения с малым сечением среза, окончательного нарезания резьбы, развертывания отверстий и других аналогичных видов обработки серого чугуна, цветных металлов и их сплавов и неметаллических материалов (резины, фибры, пластмассы, стекла, стеклопластиков и т.д.). Резки листового стекла

ВК3-М

Чистовой обработки (точения, растачивания, нарезания резьбы, развертывания) твердых, легированных и отбеленных чугунов, цементированных и закаленных сталей, а также высокоабразивных неметаллических материалов.

ВК4

Чернового точения при неравномерном сечении среза чернового и чистового фрезерования, рассверливания и растачивания нормальных и глубоких отверстий, чернового зенкерования при обработке чугуна, цветных металлов и сплавов, титана и его сплавов.

ВК6-ОМ

Чистовой и получистовой обработки твердых, легированных и отбеленных чугунов, закаленных сталей и некоторых марок нержавеющих высокопрочных и жаропрочных сталей и сплавов, особенно сплавов на основе титана, вольфрама и молибдена (точения, растачивания, развертывания, нарезания резьбы, шабровки).

ВК6-М

Получистовой обработки жаропрочных сталей и сплавов, нержавеющих сталей аустенитного класса, специальных твердых чугунов, закаленного чугуна, твердой бронзы, сплавов легких металлов, абразивных неметаллических материалов, пластмасс, бумаги, стекла. Обработки закаленных сталей, а также сырых углеродистых и легированных сталей при тонких сечениях среза на весьма малых скоростях резания.

ТТ8К6

Чистового и получистового точения, растачивания, фрезерования и сверления серого и ковкого чугуна, а также отбеленного чугуна. Непрерывного точения с небольшими сечениями среза стального литья, высокопрочных, нержавеющих сталей, в том числе и закаленных. Обработки сплавов цветных металлов и некоторых марок титановых сплавов при резании с малыми и средними сечениями среза.

ВК6

Чернового и получернового точения, предварительного нарезания резьбы токарными резцами, получистового фрезерования сплошных поверхностей, рассверливания и растачивания отверстий, зенкерования серого чугуна, цветных металлов и их сплавов и неметаллических материалов.

ВК8

Чернового течения при неравномерном сечении среза и прерывистом резании, строгании, чернового фрезерования, сверления, чернового рассверливания, чернового зенкерования серого чугуна, цветных металлов и их сплавов и неметаллических материалов. Обработки нержавеющих, высокопрочных и жаропрочных труднообрабатываемых сталей и сплавов, в том числе сплавов титана.

ВК10-ОМ

Черновой и получерновой обработки твердых, легированных и отбеленных чугунов, некоторых марок нержавеющих, высокопрочных и жаропрочных сталей и сплавов, особенно сплавов на основе титана, вольфрама и молибдена. Изготовления некоторых видов монолитного инструмента.

ВК10-М

Сверления, зенкерования, развертывания, фрезерования и зубофрезерования стали, чугуна, некоторых труднообрабатываемых материалов и неметаллов цельнотвердосплавным, мелкоразмерным инструментом. Режущего инструмента для обработки дерева. Чистового точения с малым сечением среза (типа алмазной обработки); нарезания резьбы и развертывания отверстий незакаленных и закаленных углеродистых сталей.

Т15К6

Получернового точения при непрерывном резании, чистового точения при прерывистом резании, нарезания резьбы токарными резцами и вращающимися головками, получистового и чистового фрезерования сплошных поверхностей, рассверливания и растачивания предварительно обработанных отверстий, чистового зенкерования, развертывания и других аналогичных видов обработки углеродистых и легированных сталей.

Т14К8

Чернового точения при неравномерном сечении среза и непрерывном резании, получистового и чистового точения при прерывистом резании; чернового фрезерования сплошных поверхностей; рассверливания литых и кованых отверстий, чернового зенкерования и других подобных видов обработки углеродистых и легированных сталей.

Т5К10

Чернового точения при неравномерном сечении среза и прерывистом резании, фасонного точения, отрезки токарными резцами; чистового строгания; чернового фрезерования прерывистые поверхностей и других видов обработки углеродистых и легированных сталей, преимущественно в виде поковок, штамповок и отливок по корке и окалине.

Т5К12

Тяжелого чернового точения стальных поковок, штамповок и отливок по корке с раковинами при наличии песка, шлака и различных неметаллических включении, при неравномерном сечении среза и наличии ударов. Всех видов строгания углеродистых и легированных сталей.

ТТ7К12

Тяжелого чернового точения стальных поковок, штамповок и отливок по корке с раковинами при наличии песка, шлака и различных неметаллических включений при равномерном сечении среза и наличии ударов. Всех видов строгания углеродистых и легированных сталей. Тяжелого чернового фрезерования и углеродистых и легированных сталей.

ТТ10К8

Черновой и получистовой обработки некоторых марок труднообрабатываемых материалов, нержавеющих сталей аустенитного класса, маломагнитных сталей и жаропрочных сталей и сплавов, в том числе титановых.

ТТ20К9

Фрезерования стали, особенно фрезерования глубоких пазов и других видов обработки, предъявляющих повышенные требования к сопротивлению сплава тепловыми механическим циклическим нагрузкам.

Минералокерамика (ГОСТ 26630-75) и сверхтвердые материалы

Минералокерамические инструментальные материалы обладают высокой твердостью, тепло- и износостойкостью. Их основой являются глинозем (оксид кремния)- оксидная керамика или смесь оксида кремния с карбидами, нитридами и другими соединениями (керметы). Основные характеристики и области применения различных марок минералокерамики приведены в таблице. Формы и размеры сменных многогранных керамических пластин определены стандартом ГОСТ 25003-81*.

Кроме традиционных марок оксидной керамики и керметов широко применяются оксидно-нитридная керамика (например, керамика марки "кортинит" (смесь корунда или оксида алюминия с нитридом титана) и нитридно-кремниевая керамика- "силинит-Р" .

Физико-механические свойства инструментальной керамики

Марка керамики

Предел прочности при изгибе, МПа

Предел прочности при сжатии, МПа

Теплостойкость,С0

ЦМ-332

ВО13

ВШ75

ВЗ

ВОК60

ВОК63

ОНТ-20

Силинит-Р

325

475

550

600

650

675

700

700

5000

2850

-

-

2400

-

2250

2500

1400

1100

-

1100

1100

-

1200

1200

Рекомендации по выбору марки керамики

Обрабатываемый материал

Твёрдость

Марка керамики

Чугун серый

НВ 143-289

ВО-13, ВШ-75, ЦМ-332

Чугун ковкий

НВ 163-269

ВШ-75, ВО-13

Чугун отбеленный

НВ 400-650

ВОК-60, ОНТ-20, В-3

Сталь конструкционная углеродистая

НВ 160-229

ВО-13, ВШ-75, ЦМ-332

Сталь конструкционная легированная

НВ 179-229

ВО-13, ВШ-75, ЦМ-332

Сталь улучшенная

НВ 229-380

ВШ-75, ВО-13, ВОК-60 Силинит-Р

Сталь цементуемая закалённая

HRC 36-48

ВОК-60,ОНТ-20, В-3

НRC 48-64

ВОК-60, В-3, ОНТ-20

Медные сплавы

НВ 60-120

В-3, ОНТ-20

Никелевые сплавы

-

Силинит-Р, ОНТ-20

Синтетические сверхтвердые материалы изготавливаются либо на основе кубического нитрида бора - КНБ, либо на основе алмазов.

Материалы группы КНБ обладают высокой твердостью, износостойкостью, низким коэффициентом трения и инертностью к железу. Основные характеристики и эффективные области использования приведены в таблице.

Физико-механические свойства СТМ на основе КНБ

Марка сплава

Коэффициент теплопроводности Вт/(м

Коэффициент линейного расширения, Х 106 К-1

Предел прочности при изгибе, МПа

Предел прочности при сжатии, МПа

Композит 01

Композит 02

Композит 05

Композит 09

Композит10

Киборит

Вюрцин

Боразон

Амборит

Сумиборон

60

-

-

-

25

100

28

100-135

100

38

-

-

-

-

-

-

7,9

5,6

4,9

5,6;4,7

-

400-500

470

700-1000

1000-1500

-

800

-

570

-

2700

3000

2200

5000

2000-4000

2900-3200

-

-

2730

-

В последнее время к этой группе относятся и материалы, содержащие композицию Si-Al-O-N ( торговая марка "сиалон"), в основе которых нитрид кремния Si3N4.

Синтетические материалы поставляются в виде заготовок или готовых сменных пластин.

На основе синтетических алмазов известны такие марки, как АСБ - алмаз синтетический "баллас", АСПК - алмаз синтетический "карбонадо" и другие. Достоинства этих материалов - высокая химическая и коррозионная стойкость, минимальные радиусы закругления лезвий и коэффициент трения с обрабатываемым материалом. Однако, алмазы имеют существенные недостатки: низкая прочность на изгиб (210-480 МПа); химическая активность к некоторым жирам содержащимся в охлаждающей жидкости; растворение в железе при температурах 750-800 С, что практически исключает возможность их использования для обработки сталей и чугуна. В основном, поликристаллические искусственные алмазы применяются для обработки алюминия, меди и сплавов на их основе.

Назначение СТМ на основе кубического нитрида бора

Марка материала

Область применения

Композит 01 (Эльбор Р)

Тонкое и чистовое точение без удара и торцовое фрезерование закалённых сталей и чугунов любой твёрдости, твёрдых сплавов (Co=> 15% )

Композит 03 (Исмит)

Чистовая и получистовая обработка закалённых сталей и чугунов любой твёрдости

Композит 05

Предварительное и окончательное точение без удара закалённых сталей (HRCэ<= 55 ) и серого чугуна, торцовое фрезерование чугуна

Композит 06

Чистовое точение закалённых сталей (HRCэ<= 63 )

Композит 10 (Гексанит Р)

Предварительное и окончательное точение с ударом и без удара, торцовое фрезерование сталей и чугунов любой твёрдости, твёрдых сплавов (Co=> 15% ), прерывистое точение, обработка наплавленных деталей.

Томал 10

Черновое, получерновое и чистовое точение и фрезерование чугунов любой твёрдости, точение и растачивание сталей и сплавов на основе меди, резание по литейной корке

Композит 10Д

То же

киборит

Предварительное и окончательное точение, в том числе с ударом, закалённых сталей и чугунов любой твёрдости, износостойких плазменных наплавок, торцовое фрезерование закалённых сталей и чугунов.

Твёрдость — свойство материала сопротивляться внедрению в него другого, более твёрдого тела — индентора.

Метод определения восстановленной твёрдости.

Твёрдость определяется как отношение величины нагрузки к площади поверхности, площади проекции или объему отпечатка. Различают поверхностную, проекционную и объемную твёрдость:

поверхностная твёрдость — отношение нагрузки к площади поверхности отпечатка;

проекционная твёрдость — отношение нагрузки к площади проекции отпечатка;

объёмная твёрдость — отношение нагрузки к объёму отпечатка.

Метод определения невосстановленной твёрдости.

Твёрдость определяется как отношение силы сопротивления к площади поверхности, площади проекции или объему внедренной в материал части индентора. Различают поверхностную, проекционную и объемную твёрдость:

поверхностная твёрдость — отношение силы сопротивления к площади поверхности внедренной в материал части индентора;

проекционная твёрдость — отношение силы сопротивления к площади проекции внедренной в материал части индентора;

объёмная твёрдость — отношение силы сопротивления к объёму внедренной в материал части индентора.

Твёрдость измеряют в трёх диапазонах: макро, микро, нано. Макродиапазон регламентирует величину нагрузки на индентор от 2 Н до 30 кН. Микродиапазон (см. микротвёрдость) регламентирует величину нагрузки на индентор до 2 Н и глубину внедрения индентора больше 0,2 мкм. Нанодиапазон регламентирует только глубину внедрения индентора, которая должна быть меньше 0,2 мкм. Часто твердость в нанодиапазоне называют нанотвердостью (nanohardness).

Измеряемая твердость, прежде всего, зависит от нагрузки, прикладываемой к индентору. Такая зависимость получила название размерного эффекта, в англоязычной литературе — indentation size effect. Характер зависимости твердости от нагрузки определяется формой индентора:

для сферического индентора — с увеличением нагрузки твердость увеличивается — обратный размерный эффект (reverse indentation size effect);

для индентора в виде пирамиды Виккерса или Берковича — с увеличением нагрузки твердость уменьшается — прямой или просто размерный эффект (indentation size effect);

для сфероконического индентора (типа конуса для твердомера Роквелла) — с увеличением нагрузки твердость сначала увеличивается, когда внедряется сферическая часть индентора, а затем начинает уменьшаться (для сфероконической части индентора).


Косвенно твердость также может зависеть от:

Межатомных расстояний.

Координационного числа — чем выше число, тем выше твёрдость.

Валентности.

Природы химической связи

От направления (например, минерал дистен — его твёрдость вдоль кристалла 4, а поперёк — 7)

Хрупкости и ковкости

Гибкости — минерал легко гнётся, изгиб не выпрямляется (например, тальк)

Упругости — минерал сгибается, но выпрямляется (например, слюды)

Вязкости — минерал трудно сломать (например, жадеит)

Спайности

и ряда других физико-механических свойств материала.

Наиболее твёрдыми из существующих на сегодняшний день материалов являются две аллотропные модификации углерода — лонсдейлит, на 58 % превосходящий по твёрдости алмаз и фуллерит (примерно в 2 раза твёрже алмаза). Однако практическое применение этих веществ пока маловероятно. Самым твёрдым из распространённых веществ является алмаз (10 единиц по шкале Мооса).

Методы определения твёрдости по способу приложения нагрузки делятся на: 1) статические и 2) динамические (ударные).

Для измерения твёрдости существует несколько шкал (методов измерения):

Метод Бринелля — твёрдость определяется по диаметру отпечатка, оставляемому металлическим шариком, вдавливаемым в поверхность. Твёрдость вычисляется как отношение усилия, приложенного к шарику, к площади отпечатка (причём площадь отпечатка берётся как площадь части сферы, а не как площадь круга (твердость по Мейеру)); размерность единиц твердости по Бринеллю МПа (кг-с/мм²). Число твердости по Бринеллю по ГОСТ 9012-59 записывают без единиц измерения. Твёрдость, определённая по этому методу, обозначается HB, где H = hardness (твёрдость, англ.), B — Бринелль;

Метод Роквелла — твёрдость определяется по относительной глубине вдавливания металлического шарика или алмазного конуса в поверхность тестируемого материала. Твёрдость, определённая по этому методу, является безразмерной и обозначается HR, HRB, HRC и HRA; твёрдость вычисляется по формуле HR = 100 (130) − kd, где d — глубина вдавливания наконечника после снятия основной нагрузки, а k — коэффициент. Таким образом, максимальная твёрдость по Роквеллу по шкалам A и C составляет 100 единиц, а по шкале B - 130 единиц.

Метод Виккерса — твёрдость определяется по площади отпечатка, оставляемого четырёхгранной алмазной пирамидкой, вдавливаемой в поверхность. Твёрдость вычисляется как отношение нагрузки, приложенной к пирамидке, к площади отпечатка (причём площадь отпечатка берётся как площадь части поверхности пирамиды, а не как площадь ромба); размерность единиц твёрдости по Виккерсу кг-с/мм². Твёрдость, определённая по этому методу, обозначается HV;

Методы Шора:

Твёрдость по Шору (Метод вдавливания) — твёрдость определяется по глубине проникновения в материал специальной закаленной стальной иглы (индентора) под действием калиброванной пружины. В данном методе измерительный прибор именуется дюрометром. Обычно метод Шора используется для определения твердости низкомодульных материалов (полимеров). Метод Шора, описанный стандартом ASTM D2240, оговаривает 12 шкал измерения. Чаще всего используются варианты A (для мягких материалов) или D (для более твердых). Твёрдость, определённая по этому методу, обозначается буквой используемой шкалы, записываемой после числа с явным указанием метода.

Дюрометры и шкалы Аскер — по принципу измерения соответствует методу вдавливания (по Шору). Фирменная и нац. японская модификация метода. Используется для мягких и эластичных материалов. Отличается от классического метода Шора некоторыми параметрами измерительного прибора, фирменными наименованиями шкал и инденторами.

Твёрдость по Шору (Метод отскока) — метод определения твёрдости очень твёрдых (высокомодульных) материалов, преимущественно металлов, по высоте, на которую после удара отскакивает специальный боёк (основная часть склероскопа — измерительного прибора для данного метода), падающий с определённой высоты. Твердость по этому методу Шора оценивается в условных единицах, пропорциональных высоте отскакивания бойка. Основные шкалы C и D. Обозначается HSx, где H — Hardness, S — Shore и x — латинская буква, обозначающая тип использованной при измерении шкалы.

Следует понимать, что хотя оба этих метода являются методами измерения твёрдости, предложены одним и тем же автором, имеют совпадающие названия и совпадающие обозначения шкал это — не версии одного метода, а два принципиально разных метода с разными значениями шкал, описываемых разными стандартами.

Метод Кузнецова — Герберта — Ребиндера — твёрдость определяется временем затухания колебаний маятника, опорой которого является исследуемый металл;

Метод Польди (двойного отпечатка шарика) — твердость оценивается в сравнении с твердостью эталона, испытание производится путем ударного вдавливания стального шарика одновременно в образец и эталон;

Шкала Мооса — определяется по тому, какой из десяти стандартных минералов царапает тестируемый материал, и какой материал из десяти стандартных минералов царапается тестируемым материалом.

Метод Бухгольца — метод определения твердости при помощи прибора «Бухгольца». Предназначен для испытания на твердость (твердость по Бухгольцу) полимерных лакокрасочных покрытий при вдавливании индентора «Бухгольца». Метод регламентируют стандарты ISO 2815, DIN 53153, ГОСТ 22233.

Методы измерения твёрдости делятся на две основные категории: статические методы определения твёрдости и динамические методы определения твёрдости.

Для инструментального определения твёрдости используются приборы, именуемые твердомерами. Методы определения твердости, в зависимости от степени воздействия на объект, могут относиться как к неразрушающим, так и к разрушающим методам.

Существующие методы определения твёрдости не отражают целиком какого-нибудь одного определённого фундаментального свойства материалов, поэтому не существует прямой взаимосвязи между разными шкалами и методами, но существуют приближенные таблицы, связывающие шкалы отдельных методов для определённых групп и категорий материалов. Данные таблицы построены только по результатам экспериментальных тестов и не существует теорий, позволяющих расчетным методом перейти от одного способа определения твердости к другому.

Конкретный способ определения твёрдости выбирается исходя из свойств материала, задач измерения, условий его проведения, имеющейся аппаратуры и др.

В СНГ стандартизированы не все шкалы твёрдости.


 

А также другие работы, которые могут Вас заинтересовать

78798. Закріплення знань про слово, що означають назви предметів 140.5 KB
  Дівчаткам слід записати слова із тексту які відповідають на запитання що Хлопчикам слід записати слова із тексту які відповідають на запитання хто Сніг намисто ліс стежка нірка слід хвіст віник Мишка заєць лисиця птахи ведмідь 2 назви кількість предметів...
78800. Словникова робота на уроках української мови у 2 класі 35.5 KB
  Під час читання творів: виконуємо завдання: 1 прочитати слова 2 перекласти слова 3 зрозуміти значення слів робота з тлумачним словником. Подивились значення слів у тлумачному словнику: верболіз лози молоді гнучкі вербові пагони осока багаторічна болотна трава з довгим гострим листям.
78801. Повторение. Имя существительное и имя прилагательное 83 KB
  Приглашаем отправиться с нами в весёлую страну Грамматику, не забудьте взять с собой быстроту мысли, находчивость, смекалку, сообразительность. Наши команды уже прибыли в эту страну. Знакомьтесь, справа команда «Слово», слева - «Предложение».
78802. Світло згаслих зірок 55 KB
  Мета: Сприяти формуванню звичок здорового способу життя. Ознайомити учнів з видатними особистостями, які в розквіті сил та творчої наснаги пішли з життя завдяки страшній хворобі – СНІД. Форма проведення: Вечір-реквієм
78803. Пословицы и поговорки о соли 3.9 MB
  Практическая – расширить знания учащихся о химических веществах, хорошо известных, но малознакомых на примере кухонной соли. Совершенствовать навыки практической работы с лабораторным оборудованием.
78804. Сценарій виховного заходу «Солдатські будні» 36.5 KB
  6 грудня у календарі позначено як День Збройних сил України. І вже стало традицією вітати у цей день усіх чоловіків, хлопців. Напевне, цим жінки, дівчата хочуть зайвий раз підкреслити у чоловіках такі риси, як мужність, сміливість, щиросердя, шляхетність.
78805. Година спілкування. Знайомство з собою 91.5 KB
  Мета: познайомитись з учнями надати їм можливість поринути у власний внутрішній світ вчити бачити в оточуючих людях позитив формувати соціальну компетентність засобами ігрового спілкування. З чим ви згодні а з чим ні Чи цікаво вам побачити себе з іншого боку Що сподобалось вам сьогодні на нашій годині...
78806. Фізичні наслідки раннього статевого життя 74.5 KB
  Вступне слово вихователя. Про це говорити вголос начебто неприйнято… хоча в усіх на вустах… Перш за все тому, що багато хто з нас ніколи не чув, щоб дані аспекти статевих зв’язків коли-небудь обговорювалися. Наші батьки не бесідували з нами про це.