10.1. Свойства инструментальных материалов

Инструментальные материалы предназначены для изготовления режущего и измерительного инструмента, а также штампов горячей и холодной обработки давлением.

Режущие инструменты работают в условиях высоких температур и нагрузок, а также интенсивного изнашивания. Поэтому инструментальные материалы должны иметь особые физико-механические свойства.

Важнейшей характеристикой инструментальных материалов является их износостойкость и теплостойкость. Кроме того, эти материалы должны иметь твердость, значительно превышающую твердость обрабатываемого материала, а также высокую прочность и вязкость. Чем выше износостойкость, тем медленнее изнашивается инструмент и выше его размерная стойкость. Это значит, что детали, последовательно обработанные одним и тем же инструментом, будут иметь минимальный разброс размеров.

В процессе резания, т.е. в процессе снятия стружки с обрабатываемой заготовки, затрачивается много механической энергии, которая превращается в тепловую. Вследствие этого режущая кромка инструмента сильно нагревается (до красного каления). В этом случае инструмент должен сохранять твердость и режущие свойства при длительном нагреве, т.е. инструментальные материалы должны обладать достаточной теплостойкостью (красностойкостью).

Работа многих инструментов сопровождается высокими статическими и динамическими (ударными) нагрузками. Значительные ударные и тепловые нагрузки испытывают, например, штампы для горячей и холодной штамповки (что будет рассмотрено ниже). При этом нагрузки распределяются по сравнительно большой поверхности. Ударные нагрузки могут испытывать и режущие инструменты (резцы), особенно при обработке литых заготовок с неравномерными припусками. Поэтому, чтобы исключить поломку инструмента важную роль играет вязкость и прочность материала, из которого он изготовлен.

Повышение качества машиностроительной продукции неразрывно связано с совершенствованием измерительного инструмента. Для его изготовления используют сталь с особыми свойствами, что гарантирует стабильность размеров инструмента в течение длительного срока хранения и эксплуатации.

Кроме служебных характеристик для инструментальных материалов большое значение имеют технологические свойства – хорошая обрабатываемость резанием и давлением в холодном состоянии, незначительная чувствительность к перегреву, малые изменения объёма при закалке, хорошая шлифуемость.

Необходимый уровень каждого из основных свойств (износостойкость, теплостойкость, прочность и вязкость) для инструментов различных типов различен. Причем оптимальное сочетание отдельных свойств (например, высокой твердости и вязкости) во многих случаях трудно обеспечить. В этом случае предпочтение отдается одному или нескольким основным свойствам, которые в наибольшей степени определяют работоспособность инструментов данного типа. Наилучшим материалом для штампа, например, будет тот, у которого при температурах, соответствующих разогреву штампа, в процессе работы будет наилучшее сочетание твердости и вязкости.

Изготовленный инструмент должен иметь высокую твердость рабочих кромок, значительно превышающую твердость обрабатываемой заготовки; износоустойчивость для сохранения форм и размеров рабочей кромки при эксплуатации, прочность участков инструмента, воспринимающих наибольшие нагрузки изгиба и скручивания.

Расходы на инструмент в зависимости от характера производства составляет в настоящее время от 2 до 12% стоимости машин. Повышение стойкости инструмента и совершенствование инструментального производства являются одной из главных задач современного машиностроения.

Инструменты различных групп работают в различных условиях. Поэтому для их изготовления используются материалы с необходимыми свойствами.

В зависимости от вида инструмента и условий его работы в инструментальном производстве применяются следующие материалы:

4) синтетические сверхтвердые инструментальные материалы.
Рассмотрим некоторые из этих материалов.

Акулич Н.В. Процессы производства черных и цветных металлов и их сплавов, Гомель 2008