Shpory_instrument_materialy (Рк инструментальные материалы)

1.Классификация инструментальных материалов для лезвийного инструмента.

2.Основные требования к свойствам инструментальных материалов, определяющие их работоспособность и технологичность.

Основными требованиями для инструментальных материалов являются твердость, прочность, теплостойкость, технологичность и экономичность.

Прочностные свойства инструментальных материалов характеризуются пределом прочности на изгиб и на сжатие, ударной вязкостью и коэффициентом трещиностойкости.

Теплостойкость характеризуется температурой, при которой происходит существенное снижение стойкости инструмента.

Комплексной характеристикой инструментального материала является его износостойкость, определяется, в первую очередь, твердостью инструментального материала, его прочностью и теплостойкостью.

Под технологичностью понимается комплекс свойств, характеризующих поведение инструментальных материалов при изготовлении из него режущего инструмента.

3.Приведите иллюстративный график соотношения твёрдости и прочности различных инструментальных материалов.

4.Приведите примеры углеродистых и легированных инструментальных сталей, их отличительные особенности, теплостойкость, примеры области применения и ориентировочную скорость резания.

углеродистые стали У10А, У11А, У12А с теплостойкостью до 220°C

легированные стали 9ХС, ХВ5, ХВГ, ХГ с теплостойкостью до 250°C

Из углеродистых и легированных сталей изготавливают режущие инструменты, работающие при невысоких скоростях резания (до 15м/мин): метчики, плашки, малоразмерные сверла и др.

Легированные инструментальные стали, по сравнению с углеродистыми инструментальными, отличаются несколько большей теплостойкостью, твердостью, большей прокаливаемостью и меньшими короблениями при закалке.

5.Какие стали называют быстрорежущими сталями. Приведите отличительные особенности их химического состава и принцип маркировки. Приведите 5 примеров отечественных быстрорежущих сталей и 5 примеров марок зарубежных марок с расшифровкой химического состава.

Быстрорежущие стали это высоколегированные стали с высоким содержанием углерода, вольфрама, хрома, молибдена, кобальта, ванадия.

В марках быстрорежущей стали буквы и цифры означают: Р - быстрорежущая; цифра, следующая за буквой обозначает среднюю массовую долю вольфрама; М - молибден, Ф - ванадий, К - кобальт, А - азот; цифры, следующие за буквами, означают соответственно массовую долю указанного элемента. МП - материал порошковый.

Пример отечественных: Р18, Р6М5, Р6М5Ф3, Р6М5К5, Р9К5.

Зарубежных: HS6-5-2, HS6-5-3, HS6-5-2-5, HS2-9-2 и HS2-9-1-8

6.Легирующие элементы быстрорежущих сталей и их влияние на их свойства, технологичность, стоимость.

Карбиды вольфрама обеспечивают повышенную твердость, теплостойкость и износостойкость, снижают прочность, существенно увеличивают цену стали. Хром - обеспечивает повышенную закаливаемость, прокаливаемость, однородную мартенситную структуру, улучшает обрабатываемость резанием стали до закалки. Молибден заменяет вольфрам, снижает карбидную неоднородность, повышает теплопроводность, прочность, вязкость, повышает склонность к окислению и чувствительность к обезуглероживанию. Ванадий повышает теплостойкость, твердость, износостойкость, снижает вязкость и существенно ухудшает шлифуемость. Кобальт – повышает твердость, теплостойкость, теплопроводность и износостойкость, снижает прочность, вязкость, пластичность, улучшает шлифуемость, повышает чувствительность к обезуглероживанию. Повышенное содержание ванадия и кобальта увеличивает цену сталей.

7.Приведите примеры быстрорежущих сталей нормальной и повышенной производительности и назовите их отличительные характеристики.

быстрорежущие стали нормальной производительности (теплостойкости): Р18, Р6М5, повышенной производительности: Р6М5Ф3, Р9К5, Р6М5К5.

Стали повышенной производительности имеют более высокую теплостойкость (до 620...670°С) и твердость (до 64...67 HRC) за счет более высокого содержания углерода, ванадия или кобальта.

8.Приведите примеры и характеристики быстрорежущей сталей высокой теплостойкости.

Стали высокой теплостойкости характеризуются пониженным содержанием углерода, но весьма большим количеством легирующих элементов. Например, стали В11М7К23, В14М7К25 имеют твердость 69…70 HRC и теплостойкость 700…720°С. Наиболее рациональная область их использования – резание трудноообрабатываемых сталей, жаропрочных и титановых сплавов. Значительными недостатками этих сталей являются их низкая прочность при изгибе (не выше 2400 МПа) и низкая обрабатываемость резанием в состоянии поставки ввиду их высокой твердости (38...40HRC).

9.Приведите примеры, обозначения и отличительные особенности быстрорежущих сталей высокой теплостойкости.

Стали высокой теплостойкости характеризуются пониженным содержанием углерода, но весьма большим количеством легирующих элементов. В11М7К23, В14М7К25 имеют твердость 69…70 HRC и теплостойкость 700…720°С. В-вольфрам, М-молибден, К-кобальт, после буквы процентное содержание элемента (расшифровать)

Значительными недостатками этих сталей являются их низкая прочность при изгибе (не выше 2400 МПа) и низкая обрабатываемость резанием в состоянии поставки ввиду их высокой твердости (38...40HRC).

10.Приведите отличительные особенности карбидосталей и их примеры.

Карбидосталь отличается от обычной быстрорежущей стали высоким содержанием карбидной фазы, в основном карбидов титана.

Карбидостали выпускаются на основе двух сталей Р6М5-КТ20 и Р6М5К5-КТ20 с массовой долей TiC 20% в виде заготовок различного сечения. В ряде случаев карбидосталь является полноценным заменителем твердых сплавов.

11.Назовите область применения сталей Р6М5 и HS10-4-3-10 и их соответствующие отечественные и зарубежные аналоги.

универсальная

Р6М5 (аналог HS6-5-2) Базовая сталь нормальной производительности (теплостойкости).Для всех видов режущих инструментов для черновой и чистовой обработки. По сравнению с Р18 имеет более высокую прочность, но узкий интервал закалочных температур, склонность к обезуглероживанию, пониженную шлифуемость. Предпочтительна для изготовления резьбонарезного инструмента, а также инструмента, работающего с ударными нагрузками.

12.Назовите область применения сталей Р18 и HS6-5-3 и их соответствующие отечественные и зарубежные аналоги.

Р18 Для всех видов режущего инструмента для обработки конструкционных сталей с пределом прочности до 1000 МПа. Обладает высокой технологичностью

HS6-5-3 Для инструментов с высоконагруженными режущими кромками. Для чистовых и получистовых инструментов. Для обработки на повышенных скоростях.

13.Назовите область применения сталей 11Р3АМ3Ф2 и HS18-0-1 и их соответствующие отечественные и зарубежные аналоги.

11Р3АМ3Ф2 Для инструмента простой формы при обработке углеродистых и малолегированных сталей с пределом прочности до 800 МПа.

HS18-0-1 Для всех видов режущего инструмента для обработки конструкционных сталей с пределом прочности до 1000 МПа. Обладает высокой технологичностью.

14.Назовите область применения сталей Р9К5 и HS6-5-3 и их соответствующие отечественные и зарубежные аналоги.

Р9К5- сталь повышенной производительности (теплостойкости). Для обработки труднообрабатываемых сталей и сплавов, в том числе повышенной твердости.

HS6-5-3 Для инструментов с высоконагруженными режущими кромками. Для чистовых и получистовых инструментов. Для обработки на повышенных скоростях.

15.Назовите область применения сталей Р6М5К5 и HS18-1-2-5 и их соответствующие отечественные и зарубежные аналоги.

Р6М5К5- сталь повышенной производительности (теплостойкости). Базовая сталь повышенной производительности (теплостойкости). Для обработки углеродистых и легированных сталей на повышенных режимах. Для обработки высокопрочных и жаропрочных сталей и сплавов в условиях повышенного разогрева режущей кромки: зуборезный инструмент, фрезы, фасонные резцы, зенкеры, метчики.

HS18-1-2-5 Для обработки высокопрочных и жаропрочных сталей и сплавов, материалов с повышенной твердостью

16.Какие материалы относятся к твёрдым сплавам. Приведите их классификацию. Назовите их отличительные свойства и приведите примеры марок.

Под твердыми сплавами понимают композиционный материал, полученный методами порошковой металлургии на основе высокотвердых и тугоплавких карбидов вольфрама, титана, тантала, ниобия соединенных металлической связкой (кобальт, никель, молибден и др.). Твердые сплавы:

Однокарбидные сплавы (WC-Со) марок ВК4, ВК6, ВК8. Сплавы ВК обладают высокой ударной вязкостью, пределом прочности при изгибе, теплопропроводностью. Двухкарбидные Сплавы Т30К4, T15K6, Т14К8, Т5К10 рекомендуются для скоростной обработки углеродистых сталей, так как введение карбида титана значительно повышает сопротивление адгезионно-усталостному износу, имеющему место при образовании сливной стружки при обработке сталей. Трехкарбидные сплавы ТТ7К12, TT8K6, TT20K9.Сплавы этой группы отличаются высокими прочностными характеристиками и рекомендуются при тяжелых условиях обработки, прерывистого резания, для обработки жаропрочных сталей и сплавов, а также титановых сплавов.

С целью экономии дефицитного вольфрама и кобальта выпускаются безвольфрамовые твердые сплавы (керметы) на основе карбидов и карбонитридов титана с никельмолибденовой связкой. Примеры: ТН20 и КНТ16. Однокарбидные ультрамелкозернистые твердые сплавы с размером зерен 0,2...0,8 мкм. Пример: мелкозернистый сплав H10F, ВК6-ОМ.

17. Приведите особенности химического состава и свойств однокарбидных твёрдых сплавов, их недостатки, преимущества и примеры марок.

Однокарбидные сплавы (WC-Со) марок ВК4, ВК6, ВК6-М, ВК8, ВК10, ВК10-ХОМ сохр-т теплост-ть до 800°С. Масс-ая доля кобальтовой связки в процентах обознач-ся цифрой после буквы К. Сплавы ВК обла-т выс-й ударной вязкостью, пред-ом прочности при изгибе, теплопропроводностью. С увел-ем содержания кобальта прочность этих сплавов (также как и сплавов других групп) повыш-ся, но одновр-но сниж-ся износостойкость. Однокарбидные твердые сплавы не рекоменд-ся для обработки углеродистых и легированных сталей. Основная область испол-я - обр-ка цветных металлов и материалов, дающих дискретные типы стружек (чугуны, неметаллы). Прочность и твердость сплавов, помимо химического состава, зависит также от размера зерна, поэтому однокарбидные твердые сплавы отечественного производства с размером зерен, отличающихся от 1...2 мкм имеют дополнительную литеру "М" - мелкозернистые, "ОМ" - особо мелкозернистый, "ХОМ" - особо мелкозернистый сплав, легированный хромом, "В" - крупнозернистый (высокопрочный). Уменьшение размера зерна повышает твердость и износостойкость твердого сплава, позволяет формировать меньшие радиусы округления режущей кромки, однако для отечественных марок уменьшение размера зерна снижает прочность сплава.

18. Приведите особенности химического состава и свойств двухкарбидных твёрдых сплавов, их недостатки, преимущества и примеры марок.

Двухкарбидные сплавы (WC-TiC-Co) имеют более высокую теплостойкость (до 900...

1000°С) и твердость. Первое число означает процентное содержание карбидов титана, массовую долю кобальтовой связки означает цифра после буквы К, остальное - карбиды вольфрама. Сплавы Т30К4, ТТ8К6, T15K6, Т14К8, Т5К10 рекомендуются для скоростной обработки углеродистых сталей, так как введение карбида титана значительно повышает сопротивление адгезионно-усталостному износу, имеющему место при образовании сливной стружки при обработке сталей. Повышение содержания карбидов титана позволяет увеличить износостойкость сплава при падении его прочностных характеристик.

19. Приведите особенности химического состава и свойств трёхкарбидных твёрдых сплавов, их недостатки, преимущества и примеры марок.

Трехкарбидные сплавы (WC-ТiC-TaC-Co) помимо карбидов вольфрама и карбидов титана содержат дополнительно карбид тантала. Марки этих сплавов - ТТ7К12, TT8K6, ТТ10К8Б, TT20K9, Т8К7. Здесь первое число означает сумму взаиморастворенных карбидов титана и тантала. Содержание связки обозначается также цифрой после буквы К. Остальное - карбид вольфрама. Последний сплав (Т8К7) относится к трехкарбидным, хотя ввиду малого содержания карбидов тантала (0,5%) его обозначение аналогично обозначению двухкарбидных твердых сплавов. Сплавы этой группы отличаются высокими прочностными характеристиками и рекомендуются при тяжелых условиях обработки, прерывистого резания, для обработки жаропрочных сталей и сплавов, а также титановых сплавов.

20. Какие материалы относятся к керметам, приведите их преимущества и недостатки, примеры марок.

С целью экономии дефицитного вольфрама и кобальта выпускаются безвольфрамовые твердые сплавы (керметы) на основе карбидов и карбонитридов титана с никельмолибденовой связкой (до 30% для КНТ30). Наибольшее распространение получили отечественные марки ТН20 и КНТ16 (ГОСТ 26530-85). Они обладают низким коэффициентом трения, высокими износо- и окалиностойкостью, но имеют пониженную прочность, теплопроводность и ударную вязкость. Керметы, имея значительно меньшую стоимость, в ряде случаев позволяют успешно конкурировать с твердыми сплавами на основе карбида вольфрама при чистовой и получистовой обработке углеродистых и низколегированных конструкционных сталей с твердостью до 30...42HRC с высокой скоростью резания и относительно небольшими сечениями среза, а также для обработки цветных металлов. Указанные марки не рекомендуются при обработке труднообрабатываемых материалов, твердых чугунов и закаленных сталей. Наибольшей износостойкостью обладает сплав ТН20. При точении стали 45 и стали 40Х при t= 1мм и S= 0,2 мм/об стойкость сплава ТН20 выше стойкости сплава Т15К6, во всем диапазоне скорости резания (от 200 до 600 м/мин) [3]. В целом, сплав ТН20 предназначен для чистового точения и фрезерования углеродистых и низколегированных сталей, в отдельных случаях чугуна при высоких скоростях резания. Сплав КНТ16 рекомендуется для получистового точения и фрезерования сталей при средних скоростях резания. Относительно новые марки керметов ЛЦК20, ТВ4, ЦТУ и НТН30 имеют заметно более высокую прочность и теплостойкость за счет дополнительного легирования как связки, так и введением других карбидов в состав сплава [12]. Новая группа сплавов этого типа имеет повышенную эксплуатационную надёжность и расширенную область применения и может быть использована для чернового точения и фрезерования сталей (сплав ТВ4). Следует отметить пониженную технологичность керметов - трудность шлифования и пайки пластин, что предопределяет их использование практически только в виде СМП. В целом наблюдается мировая тенденция повышения доли использования керметов в номенклатуре твердых сплавов, поскольку 25...30% объема вольфрамсодержащих твердых сплавов может быть заменено на керметы при обеспечении стабильного уровня качественных показателей.

21.Назовите область применения твёрдых сплавов марок ВК3, Т5К10, ТТ8К6. Укажите их расшифровку их обозначения. Укажите соответствие области применения по ISO.