Область применения и свойства быстрорежущих сталей

№ группы	Марки сталей	Твёрдость, HRC	Прочность на изгиб σизг, ГПа	Теплостойкость, оС	Область применения
	Р18 Р9 Р12 Р6М5	63…64	2,9…3,4	~ 620	Конструкционные стали и чугуны, цветные сплавы и конструкционные пластмассы
	Р6М5К5 Р9К5 Р9К10 Р12Ф3 Р6М5Ф3	65…66	2,5….3,1	~ 630	Высокопрочные конструкционные стали, жаропрочные стали и сплавы
	В11М7К23		2,5	~ 720	Титановые и жаропрочные сплавы

 

Твёрдые сплавы являются основным инструментальным материалом, обеспечивающим высокопроизводительную обработку материалов резанием.

Общая доля РИ из твердых сплавов составляет примерно 50 %, при этом твердосплавные РИ допускают более высокие скорости резания (в 2,5…3 раза выше по сравнению с РИ из БРС). В настоящее время твердосплавный РИ применяется на 80 % операций резания. Твердые сплавы состоят из тугоплавких соединений (карбиды, карбонитриды вольфрама, титана, тантала и др.) и связующей фазы (кобальт, никель, молибден) и подразделяются на четыре группы:

1. Однокарбидные (вольфрамовые, ВК, (WC – Co), HRA 86…89, σ_изг=1100…1800 МПа, теплостойкость ~ 800 ^оС).

2. Двухкарбидные (вольфрамотитановые, ТК, (WC – TiWC – Co), HRA 87…92, σ_изг=950…1650 МПа, теплостойкость ~ 900 ^оС).

3. Трёхкарбидные (вольфрамотитанотанталовые, ТТК, (WC – TiWTaC –Co), HRA 87…90, σ_изг=1250…1650 МПа, теплостойкость ~ 850 ^оС).

4. Безвольфрамовые ТС сплавы (БВТС, [TiC – (Ni + Mo)] или [TiCN – (Ni + Mo)]), которые иногда называют керметами.

Область применения твердых сплавов определяется их механическими свойствами и условиями обработки. Согласно рекомендациям международной организации стандартов (ISO) все обрабатываемые материалы и соответствующие им твердые сплавы разбиты на шесть групп: Р (преимущественно углеродистые стали, а также низколегированные стали), М (нержавеющие стали), К (чугуны), S (труднообрабатываемые материалы (т.н. «суперсплавы»), в первую очередь титановые сплавы), N (мягкие и вязкие материалы типа алюминиевых и медных сплавов), Н (материалы высокой твердости, в первую очередь закаленные стали); которые в свою очередь подразделяются на подгруппы, имеющие разные индексы:

М – М10, М20, М30, М40, …

Р – Р01, Р05, Р10, …

С увеличением индекса подгруппы уменьшается износостойкость сплава и допускаемая скорость резания, но увеличивается ударная вязкость, прочность на изгиб, подача и глубина резания. Следовательно, сплавы с малым индексом применяются для чистовой обработки, а с высоким – для черновой.

Сплавы группы ВК работают в условиях, когда от сплава требуется высокая прочность удержания карбидных зёрен в связке, высокая стойкость к абразивному изнашиванию, прочность и ударная вязкость. Такие условия создаются при обработке чугунов, титановых, молибденовых, никелевых и хромоникелевых сплавов, цветных сплавов и пластмасс. Сплавы группы ВК не применяют для обработки стали, т. к. в этом случае зёрна карбида вольфрама интенсивно изнашиваются (вследствие адгезионных и диффузионных процессов).

Карбид TiWC менее склонен к диффузионному растворению в железе при высоких температурах и температура схватывания его с железом значительно выше, чем у карбида WC, поэтому двухкарбидные сплавы применяют для оснащения РИ, предназначенного для обработки углеродистых сталей (сплавы ТК гораздо лучше сопротивляются адгезионному и диффузионному изнашиванию по сравнению со сплавами ВК). Сплавы ТК не рекомендуют использовать при обработке высокопрочных материалов и чугунов.

Сплавы ТТК имеют более высокую прочность, чем сплавы ТК. Кроме того, данные сплавы обладают меньшим коэффициентом термического расширения, имеют несколько больший коэффициент теплопроводности по сравнению с группой ТК, пониженную склонность к высокотемпературной ползучести, что существенно повышает предел усталости сплава ТТК при циклическом нагружении и циклическом тепловом воздействии, а также термостойкость и стойкость к окислению и коррозии при повышенных температурах. По этим причинам сплавы ТТК применяются при работе в тяжёлых условиях (с переменным припуском и ударами), особенно на операциях фрезерования и строгания как сталей так и чугунов.

Безвольфрамовые твердые сплавы практически не уступают вольфрамовым твердым сплавам по твёрдости, но имеют меньшую прочность на изгиб и ударную вязкость. Поэтому данные сплавы применяют при чистовой и получистовой обработке при непрерывном и прерывистом резании.

Из твердых сплавов изготавливают широкий спектр РИ: сверла, концевые и червячные фрезы, а также сменные многогранные пластины (СМП), которые являются режущими элементами самых различных инструментов (токарные резцы, фрезы, сверла и др.).

Пластины выпускают с количеством граней 3, 4, 5 и более, различной толщины и длины режущей кромки, они могут иметь или не иметь центральное отверстие, могут иметь задние углы на гранях или особую форму передней поверхности.

Для обозначения СМП по стандартам ISO применяют буквенно-цифровое кодирование. Сначала в обозначении пластины идут четыре буквы, описывающие форму и точность пластины, например:

- DNGP – ромбическая пластина (форма D), без задних углов (N), точность размеров пластины G, конфигурация в поперечном сечении – с оформленной передней поверхностью и отверстием (P);

- TNUN – треугольная пластина (Т), без задних углов (N), точность размеров пластины U, конфигурация в поперечном сечении – плоская без отверстия (N).

Существуют следующие формы СМП общего назначения:

- ромб с углом при вершине 80˚ (С);

- ромб с углом при вершине 55˚ (D);

- ромб с углом при вершине 35˚ (V);

- квадрат (S);

- треугольник (T);

- круг (R);

- параллелограмм (К);

- шестигранная пластина с тремя режущими кромками (W).

Кроме СМП общего назначения производят пластины специального назначения (под конкретные типы РИ), имеющие особые фирменные обозначения.

После буквенного шифра в обозначении СМП следуют числа, характеризующие размеры – длину режущей кромки, толщину, радиус при вершине. Например:

TNUN 120408 – треугольная СМП с длиной кромки 12 мм, толщиной 4,76 мм и радиусом при вершине 0,8 мм.

Буква, следующая за величиной радиуса, обозначает форму режущей кромки; следующие три цифры – размер упрочняющей фаски на передней поверхности (например, 010 – фаска 0,1 мм); последние две цифры – угол фаски, град. После этого может следовать обозначение производителя, например WF – чистовая СМП фирмы «SANDVIK Coromant» со специальной зачистной геометрией.

Минералокерамика.Особенностью минералокерамики (МК) является отсутствие связующей фазы, поэтому её разупрочнение наступает при очень высоких температурах, что позволяет повысить допускаемые скорости резания до 900…1000 м/мин. Минералокерамика имеет теплостойкость 1100…1200 ^оС, более высокую твёрдость, износостойкость по сравнению с ТС сплавами, но существенно уступает ТС сплавам по прочности на изгиб. Высокая теплостойкость в сочетание с высокой твёрдостью и износостойкостью, высокой стойкостью к высокотемпературному окислению и коррозии определяет область применения РИ из МК – тонкая и чистовая обработка как сталей так и чугунов (сырых и закалённых) при высоких требованиях к жёсткости технологической системы и особенно к державкам инструмента.

Различают 4 группы МК (табл. 5):

1. Белая оксидная керамика.

2. Оксиднокарбидная керамика.

3. Оксиднонитридная керамика.

4. Нитридокремнивая керамика.