Nástrojové materiály

Nůžky, pily, vroubkovací válečky, razníky, matrice, ruční nástroje na řezání dřeva.

U10, U10A, U11, U11A

Malý řezací nástroj.

Řezný nástroj pracující při nízkých řezných rychlostech

Pilníky, škrabky, řezačky, gravírovací nástroje.

U legovaných nástrojových ocelí první číslice charakterizuje hmotnostní obsah uhlíku v desetinách procenta (pokud číslice neexistuje, pak je obsah uhlíku v ní až jedno procento). Písmena v označení označují obsah odpovídajících legujících prvků: G – mangan, Kh – chrom, S – křemík, V – wolfram, F – vanad a čísla označují obsah prvku v procentech. Hluboce prokalitelné legované nástrojové oceli jakostí 9ХС, ХВСГ, Х, 11Х, ХВГ se vyznačují malými deformacemi během tepelného zpracování.

Chemické složení nízkolegovaných nástrojových ocelí

1. Chemické složení nízkolegované oceli B1 je nastaveno tak, aby zachovalo výhody uhlíkových ocelí, zlepšilo prokalitelnost a snížilo citlivost na přehřátí.
2. Oceli typu ХВ5 mají zvýšenou tvrdost (HRC až 70) díky vysokému obsahu uhlíku a sníženému obsahu manganu.
3. Chromové oceli typu X jsou klasifikovány jako oceli s vysokou kalitelností.
4. Oceli legované manganem typu 9ХС jsou odolné vůči poklesu tvrdosti během popouštění.

Tyto materiály mají omezené oblasti použití: uhlíkové se používají hlavně k výrobě kovoobráběcích nástrojů a legované pro závitořezné, dřevoobráběcí a dlouhosrsté nástroje (LLT) – protahovací frézy, výstružníky atd.

8.2. Rychlořezné oceli (GOST 19265-73)

Chemické složení a pevnostní charakteristiky hlavních jakostí těchto ocelí jsou uvedeny v tabulkách. Rychlořezné oceli jsou označeny písmeny odpovídajícími karbidotvorným a legujícím prvkům: P – wolfram, M – molybden, F – vanad, A – dusík, K – kobalt, T – titan, C – zirkonium). Za písmenem následuje číslo udávající průměrný hmotnostní obsah prvku v procentech (obsah chromu asi 4 procenta není v označení jakosti uveden).

Číslo na začátku označení oceli udává obsah uhlíku v desetinách procenta (například ocel 11P3AM3F2 obsahuje asi 1,1 % C; 3 % W; 3 % Mo a 2 % V). Řezné vlastnosti rychlořezných ocelí jsou určeny objemem hlavních karbidotvorných prvků: wolframu, molybdenu, vanadu a legujících prvků – kobaltu, dusíku. Vanad se vzhledem k jeho nízkému hmotnostnímu obsahu (až 3 %) obvykle nebere v úvahu a řezné vlastnosti ocelí se zpravidla určují wolframovým ekvivalentem, rovným (W + 2Mo) %. V cenících rychlořezných ocelí se rozlišují tři skupiny ocelí: oceli 1. skupiny s wolframovým ekvivalentem do 16 % bez kobaltu, oceli 2. skupiny – do 18 % a obsahem kobaltu asi 5 %, 2 nebo 0. skupiny – do 3 % a obsahem kobaltu 20-5 %. V souladu s tím se liší i řezné vlastnosti těchto skupin ocelí.

Chemické složení rychlořezných ocelí

Chemické složení litých rychlořezných ocelí

Kromě standardních ocelí se používají i speciální rychlořezné oceli obsahující například karbonitridy titanu. Vysoká tvrdost těchto ocelových polotovarů a složitost mechanického zpracování však nepřispívají k jejich širokému použití. Při zpracování obtížně obrobitelných materiálů se používají práškové rychlořezné oceli R6M5-P a R6M5K5-P. Vysoké řezné vlastnosti těchto ocelí jsou dány speciální jemnozrnnou strukturou, která pomáhá zvyšovat pevnost, snižovat poloměr zaoblení břitu, zlepšovat obrobitelnost řezáním a zejména broušením. V současné době procházejí průmyslovými zkouškami bezwolframové rychlořezné oceli se zvýšeným obsahem různých legujících prvků, včetně hliníku, molybdenu, niklu a dalších.

Jednou z významných nevýhod rychlořezných ocelí je heterogenita karbidů, tj. nerovnoměrné rozložení karbidů po průřezu obrobku, což následně vede k nerovnoměrné tvrdosti řezné čepele nástroje a jejímu opotřebení. Tato nevýhoda chybí u práškových a maragonistických (s obsahem uhlíku menším než 0,03 %) rychlořezných ocelí.

Přibližný účel a technologické vlastnosti

Lze použít pro všechny typy řezných nástrojů při zpracování běžných konstrukčních materiálů. Má vysokou technologickou účinnost.

Přibližně pro stejné účely jako ocel P18. Hůře se brousí.

Pro nástroje jednoduchého tvaru, které nevyžadují velký objem brousicích operací; používá se pro zpracování konvenčních konstrukčních materiálů; má zvýšenou plasticitu a lze ji použít k výrobě nástrojů metodami plastické deformace; snížená brousitelnost.

Pro všechny typy řezných nástrojů. Lze použít pro nástroje pracující pod rázovým zatížením; užší teplotní rozsah kalení než u oceli P18, zvýšený sklon k oduhličení.

Dokončovací a polodokončovací nástroje / tvarové frézy, výstružníky, protahovače atd./ pro zpracování konstrukčních ocelí.

Stejné jako ocel P6M5, ale ve srovnání s ocelí P6M má o něco větší tvrdost a menší pevnost.

Používá se k výrobě nástrojů jednoduchých tvarů, které nevyžadují velký objem brusných operací; doporučuje se pro zpracování materiálů se zvýšenými abrazivními vlastnostmi / sklolaminát, plasty, ebonit atd./ pro dokončovací obrábění nástrojů pracujících při středních řezných rychlostech a malých řezných průřezech; snížená brusitelnost.

Pro dokončovací a polodokončovací nástroje pracující při středních řezných rychlostech; pro materiály se zvýšenými abrazivními vlastnostmi; doporučuje se místo ocelí R6F5 a R14F4, jako ocel s lepší obrusitelností a přibližně stejnými řeznými vlastnostmi.

Pro obrábění vysokopevnostních nerezových, žáruvzdorných ocelí a slitin za podmínek zvýšeného ohřevu břitu; brousitelnost je poněkud snížena.

Pro zpracování vysokopevnostních a tvrdých ocelí a slitin; materiálů se zvýšenými abrazivními vlastnostmi; nízké obrusnosti.

Pro obrábění ocelí a slitin se zvýšenou tvrdostí; dokončování a polodokončování bez vibrací; snížená obrusitelnost.

Pro nástroje jednoduchého tvaru při zpracování uhlíkových a legovaných ocelí s pevností do 800 MPa.

Р6М5К5-МП, Р9М4К8-МП (порошко-вые)

Pro stejné účely jako oceli P6M5K5 a P9M4K8; mají lepší obrusitelnost, méně se deformují během tepelného zpracování, mají větší pevnost a vykazují stabilnější provozní vlastnosti.

8.3. Tvrdé slitiny (GOST 3882-74)

Tvrdé slitiny obsahují v pojivech směs zrn karbidů, nitridů, karbonitridů žáruvzdorných kovů. Standardní jakosti tvrdých slitin se vyrábějí na bázi karbidů wolframu, titanu, tantalu. Jako pojivo se používá kobalt. Složení a hlavní vlastnosti některých jakostí tvrdých slitin pro řezné nástroje jsou uvedeny v tabulce.

Fyzikální a mechanické vlastnosti jedno-, dvoj- a trojkarbidových tvrdých slitin

Součinitel tepelné vodivosti, W/(m H K)

Součinitel měrné tepelné kapacity J/(kg h K)

koeficient lineární roztažnosti,

Mezní pevnost v tlaku, MPa

Složení, fyzikální a mechanické vlastnosti bezwolframových tvrdých slitin

V závislosti na složení karbidové fáze a pojiva obsahuje označení tvrdých slitin písmena charakterizující karbidotvorné prvky (B – wolfram, T – titan, druhé písmeno T – tantal) a pojivo (písmeno K – kobalt). Hmotnostní podíl karbidotvorných prvků v jednokarbidových slitinách obsahujících pouze karbid wolframu je určen rozdílem mezi 100 % a hmotnostním podílem pojiva (číslo za písmenem K), například slitina VK4 obsahuje 4 % kobaltu a 96 % WC. U dvoukarbidových slitin WC+TiC číslo za písmenem karbidotvorného prvku určuje hmotnostní podíl karbidů tohoto prvku, další číslo je hmotnostní podíl pojiva, zbytek je hmotnostní podíl karbidu wolframu (například slitina T5K10 obsahuje 5 % TiC, 10 % Co a 85 % WC).

U trikarbidových slitin číslo za písmeny TT znamená hmotnostní podíl karbidů titanu a tantalu. Číslo za písmenem K je hmotnostní podíl pojiva, zbytek je hmotnostní podíl karbidu wolframu (například slitina TT8K6 obsahuje 6 % kobaltu, 8 % karbidů titanu a tantalu a 86 % karbidu wolframu).

V kovoobrábění norma ISO identifikuje tři skupiny použití karbidových řezných nástrojů: skupinu P – pro zpracování materiálů, které produkují spojitou třísku; skupinu K – lom třísky a skupinu M – pro zpracování různých materiálů (univerzální karbidové slitiny). Každá oblast je rozdělena do skupin a podskupin.

Tvrdé slitiny se vyrábějí převážně ve formě desek různých tvarů a přesnosti výroby: pájené (lepené) – podle GOST 25393-82 nebo vyměnitelné vícestranné – podle GOST 19043-80 – 19057-80 a dalších norem.

Vícevrstvé desky se vyrábějí jak ze standardních jakostí tvrdých slitin, tak ze stejných slitin s jednovrstvými nebo vícevrstvými supertvrdými povlaky z TiC, TiN, oxidu hlinitého a dalších chemických sloučenin. Desky s povlaky mají zvýšenou odolnost. Označení desek ze standardních jakostí tvrdých slitin s povlakem z nitridu titanu je doplněno písmeny KIB (TU 2-035-806-80) a označení slitin podle ISO je doplněno písmenem C.

Desky se vyrábějí také ze speciálních slitin (například podle TU 48-19-308-80). Slitiny této skupiny (skupina „MS“) mají vyšší řezné vlastnosti. Označení slitiny se skládá z písmen MS a třímístného (pro desky bez povlaků) nebo čtyřmístného (pro desky s povlakem z karbidu titanu) čísla:

První číslice označení odpovídá oblasti použití slitiny podle klasifikace ISO (1 – zpracování materiálů produkujících spojité třísky; 1 – zpracování materiálů produkujících lomové třísky; 3 – oblast zpracování odpovídající oblasti M podle ISO);

Druhá a třetí číslice charakterizují podskupinu použitelnosti a čtvrtá číslice charakterizuje přítomnost povlaku. Například MC2 (analogicky s normou T3K4), MC111 (analogicky s normou T15K6) atd.

Kromě hotových desek se vyrábějí také polotovary podle OST 48-93-81; označení polotovarů je stejné jako u hotových desek, ale s přidáním písmene Z.

Bezwolframové tvrdé slitiny se široce používají jako materiály, které neobsahují vzácné prvky. Bezwolframové slitiny se dodávají ve formě hotových plechů různých tvarů a velikostí, stupňů přesnosti U a M, a také jako deskové polotovary. Oblasti použití těchto slitin jsou podobné oblastem použití dvoukarbidových tvrdých slitin při bezrázovém zatížení.

Jemné soustružení s malým průřezem řezu, konečné řezání závitů, vystružování otvorů a další podobné druhy zpracování šedé litiny, neželezných kovů a jejich slitin a nekovových materiálů (guma, vlákno, plast, sklo, sklolaminát atd.). Řezání tabulového skla

Dokončování (soustružení, vyvrtávání, řezání závitů, vystružování) tvrdých, legovaných a kalených litin, cementovaných a kalených ocelí, jakož i vysoce abrazivních nekovových materiálů.

Hrubovací soustružení s nerovným průřezem řezu, hrubovací a dokončovací frézování, vrtání a vyvrtávání normálních a hlubokých otvorů, hrubovací zahlubování při obrábění litiny, neželezných kovů a slitin, titanu a jeho slitin.

Dokončování a polodokončování tvrdých, legovaných a kalených litin, kalených ocelí a některých jakostí nerezových, vysokopevnostních a žáruvzdorných ocelí a slitin, zejména slitin na bázi titanu, wolframu a molybdenu (soustružení, vyvrtávání, vystružování, řezání závitů, škrábání).

Polodokončování žáruvzdorných ocelí a slitin, austenitických nerezových ocelí, speciálních tvrdých litin, kalených litin, tvrdého bronzu, slitin lehkých kovů, abrazivních nekovových materiálů, plastů, papíru, skla. Zpracování kalených ocelí, jakož i surových uhlíkových a legovaných ocelí s tenkými profily při velmi nízkých řezných rychlostech.

Dokončovací a polodokončovací soustružení, vyvrtávání, frézování a vrtání šedé a temperované litiny, jakož i tvrzené litiny. Kontinuální soustružení ocelových odlitků s malými průřezy, vysokopevnostních, nerezových ocelí, včetně kalených. Zpracování slitin neželezných kovů a některých jakostí titanových slitin při řezání s malými a středními průřezy řezu.

Hrubovací a polohrubovací soustružení, předřezávání závitů soustružnickými frézami, polodokončovací frézování plných ploch, vrtání a vyvrtávání otvorů, zahlubování šedé litiny, neželezných kovů a jejich slitin a nekovových materiálů.

Hrubé obrábění s nerovnoměrným průřezem řezu a přerušovaným řezáním, hoblování, hrubé frézování, vrtání, hrubé vystružování, hrubé zahlubování šedé litiny, neželezných kovů a jejich slitin a nekovových materiálů. Zpracování nerezových, vysokopevnostních a žáruvzdorných těžko obrobitelných ocelí a slitin, včetně titanových slitin.

Hrubé a polohrubé obrábění tvrdých, legovaných a kalených litin, některých jakostí nerezových, vysokopevnostních a žáruvzdorných ocelí a slitin, zejména slitin na bázi titanu, wolframu a molybdenu. Výroba některých typů monolitických nástrojů.

Vrtání, zahlubování, vystružování, frézování a odvalování ozubených kol z oceli, litiny, některých obtížně obrobitelných materiálů a nekovů monolitními karbidovými nástroji malých rozměrů. Řezné nástroje pro zpracování dřeva. Jemné soustružení s malým průřezem řezu (jako diamantové obrábění); řezání závitů a vystružování otvorů v nekalených a kalených uhlíkových ocelích.

Polohrubé soustružení s nepřerušovaným řezem, dokončovací soustružení s přerušovaným řezem, řezání závitů soustružnickými frézami a rotačními hlavami, polodokončovací a dokončovací frézování pevných povrchů, vrtání a vyvrtávání předem obrobených otvorů, dokončovací zahlubování, vystružování a další podobné druhy zpracování uhlíkových a legovaných ocelí.

Hrubovací soustružení s nerovným průřezem a plynulým řezáním, polodokončovací a dokončovací soustružení s přerušovaným řezem; hrubovací frézování pevných povrchů; vrtání litých a kovaných otvorů, hrubovací zahlubování a další podobné druhy zpracování uhlíkových a legovaných ocelí.

Hrubovací soustružení s nerovným průřezem a přerušovaným řezáním, tvarové soustružení, řezání soustružnickými nástroji; dokončovací hoblování; hrubovací frézování přerušovaných ploch a další druhy zpracování uhlíkových a legovaných ocelí, zejména ve formě výkovků, lisování a odlitků na kůře a okujích.

Těžké hrubovací soustružení ocelových výkovků, lisů a odlitků na kůrce s dutinami za přítomnosti písku, strusky a různých nekovových vměstků, s nerovnoměrným průřezem řezu a přítomností rázů. Všechny druhy hoblování uhlíkových a legovaných ocelí.

Těžké hrubovací soustružení ocelových výkovků, lisů a odlitků na kůrce s dutinami za přítomnosti písku, strusky a různých nekovových vměstků s rovnoměrným řezným průřezem a rázy. Všechny typy hoblování uhlíkových a legovaných ocelí. Těžké hrubovací frézování uhlíkových i legovaných ocelí.

Hrubování a polodokončování některých druhů obtížně obrobitelných materiálů, austenitických nerezových ocelí, nízkomagnetických ocelí a žáruvzdorných ocelí a slitin, včetně titanu.

Frézování oceli, zejména frézování hlubokých drážek a další typy zpracování, které kladou zvýšené nároky na odolnost slitiny vůči tepelnému a mechanickému cyklickému zatížení.

8.4. Minerální keramika (GOST 26630-75) a supertvrdé materiály

Nástrojové materiály z minerální keramiky mají vysokou tvrdost, tepelnou odolnost a odolnost proti opotřebení. Jsou založeny na oxidové keramice z oxidu hlinitého (oxid křemičitý) nebo směsi oxidu křemičitého s karbidy, nitridy a dalšími sloučeninami (cermety). Hlavní vlastnosti a oblasti použití různých druhů minerální keramiky jsou uvedeny v tabulce. Tvary a velikosti vyměnitelných vícestranných keramických destiček jsou definovány normou GOST 25003-81*.

Kromě tradičních druhů oxidové keramiky a cermetů se široce používá oxidově-nitridová keramika (například keramika typu „kortinit“ (směs korundu nebo oxidu hlinitého s nitridem titanu) a nitridově-křemíková keramika – „silynit-R“).

Fyzikální a mechanické vlastnosti nástrojové keramiky

Pevnost v ohybu MPa

Pevnost v tlaku, MPa

Tepelná odolnost, °C

Rychlořezné oceli patří k nástrojovým ocelím, protože se používají k výrobě řezných nástrojů. Jejich hlavní rozdíl od ostatních kovových slitin spočívá v tom, že jejich použití umožňuje řezat kov velmi vysokými rychlostmi, a tedy i za vlivu vysokých teplot.

Hlavní vlastnosti oceli

Hlavní vlastnosti rychlořezné oceli jsou:

• tvrdost za vysoké teploty. Během provozu se nástroj zahřívá (na teplotu 80 °C a vyšší) a kov, ze kterého je vyroben, měkne. Tato vlastnost je typická pro uhlíkovou ocel. U rychlořezné oceli je horní teplotní limit 600 °C, což znamená, že výrobky z ní vyrobené lze používat s vyšší produktivitou, protože během provozu nezměknou. Měli byste také vědět, že tvrdost rychlořezné oceli je za normálních teplot (ne více než 200 °C) nižší než tvrdost uhlíkové oceli;
• tvrdost v červené barvě. Tento parametr udává dobu, po kterou nástroj odolá vysokým teplotám, aniž by ztratil své vlastnosti. Z hlediska tohoto ukazatele rychlořezná ocel jednoduše nemá konkurenci;
• odolnost proti zničení. Rychlořezné oceli patří do třídy s vysokou pevností, kterou lze použít k výrobě speciálních nástrojů s velkou hloubkou řezu a posuvem.

značkování

Při výrobě rychlořezné oceli se používají následující kovy:

Kvalita výrobku závisí na jejich obsahu. Označení oceli proto udává procento konkrétního kovu v oceli. Vzhledem k tomu, že rychlořezná ocel v angličtině zní jako „rapidsteel“, začíná označení písmenem P. Příklad označení: P10M4F3K10, tato písmena a číslice označují, že materiál obsahuje 4 % molybdenu, 3 % vanadu a 10 % kobaltu.

V závislosti na obsahu chemických prvků se veškerá ocel dělí do tří velkých skupin:

• kobalt do 10 %, jedná se o rychlořezné oceli jakosti P10M4F3K10, P6M4F3K8;
• kobalt méně než 5 %, jakosti P9K5, P18F2K5;
• a obecně bez kobaltu, ale s wolframem ne více než 16 %, jakost P65M.

Řezné vlastnosti kovu jsou ovlivněny především přítomností wolframu ve výrobku. Pokud je však jeho obsah ve slitině velmi vysoký, pak se v tomto případě nástroj během provozu zbarví. Molybden dodává slitině tvrdost.

Číslo za písmenem „P“ na označení výrobku udává jeho pevnost; čím vyšší je, tím je ocel spolehlivější a lze ji použít k výrobě vysoce přesných nástrojů.

V zahraničí se na nástroj vyrobený z rychlořezné oceli píše nápis HSS (High Speed Steel).

Výroba oceli

Výroba a zpracování rychlořezných ocelí se provádí dvěma různými technologiemi:

• prášková metalurgie, která zahrnuje stříkání proudu tekutého kovu dusíkem;
• klasická metoda, jejíž podstatou je lití tekuté oceli do ingotů, následované válcováním a kováním. Tato metoda se používá nejčastěji, protože umožňuje zabránit nerovnoměrnému rozložení karbidů v ocelové struktuře (karbidická likvace) a následné kalení rychlořezné oceli zlepšuje její tvrdost a pevnost.

Kvalita materiálu je významně ovlivněna procesem, jako je kování.

Povrch materiálu je dodatečně ošetřen za účelem delší životnosti výrobku. Existují následující metody zpracování:

1. Nitridace. Tento proces může probíhat plynně nebo amoniakem. Vše probíhá za vysoké teploty. Stojí za zmínku, že při použití první metody nitridace se získá spolehlivější produkt.
2. Kyanidace. Může být plynná nebo kapalná. Proces kyanidace v plynu trvá přibližně 1,5–3 hodiny, v kapalné formě – 5–30 minut;
3. Sulfidace. Probíhá za použití speciálních kapalných tavenin. Proces trvá od 45 minut do 2,5 hodiny při teplotě 450 až 550 °C.

Pro lepší pevnost jsou nástroje vyrobené z rychlořezné oceli dodatečně ošetřovány párou ve speciálních uzavřených pecích.

přihláška

V poslední době se používání rychlořezné oceli ve výrobě snížilo, protože tvrdé slitiny se stále častěji používají k výrobě nástrojů. Tato ocel se obvykle používá k výrobě špičatých nástrojů – vrtáků, fréz, závitníků, soustružnických fréz atd.

• ocel třídy P9 (wolfram) – používá se k výrobě jednoduchých nástrojů, které nevyžadují mnoho broušení. Mohou to být frézy, frézy, zahlubovače;
• ocel třídy P18 – používá se k výrobě složitých nástrojů odolných proti opotřebení;
• P9K9 a další slitiny obsahující kobalt se používají ke zpracování součástí vyrobených z žáruvzdorných antikorozních slitin;
• Slitiny typu R9F5 a další, které obsahují vanad, se používají k výrobě nástrojů pro dokončování.