содержание в стали дефицитного вольфрама. Однако в связи с охрутива-ющим воздействием содержание молибдена в быстрорежущих сталях не превышает 5 %. Присутствие молибдена способствует повышению теплопроводных свойств сталей и тем самым снижению температуры лезвий инструментов. Легирование ванадием приводит к заметному увеличению контактной твердости стали, но уменьшает ее теплопроводность. В процессе термообработки ванадий способствует образованию мелкозернистой мартенситной структуры и несколько снижает хрупкость. Поэтому ванадиевые быстрорежущие стали успешно работают при обработке материалов повышенной прочности и твердости, хотя и с ограниченными скоростями резания. Недостатком ванадиевых быстрорежущих сталей является склонность к появлению прижо-гов при шлифовании и заточке. Присутствие в стали кобальта повышает ее износостойкость и теплопроводность. Благодаря последнему свойству инструментами из кобальтовых сталей можно производить обработку резанием конструкционных сталей с более высокими по сравнению с другими быстрорежущими сталями скоростями резания, а также использовать их для обработки сталей повышенной твердости и пластичности.

Быстрорежущие стали могут быть как одно-, так и многокомпонентными в зависимости от числа основных легирующих элементов. Благодаря легированию одновременно несколькими компонентами можно в конкретных производственных условиях выбрать такую марку быстрорежущей стали, которая обладает наиболее благоприятным сочетанием физико-механических свойств. Химический состав быстрорежущих сталей и деление их на группы в зависимости от легирующих элементов показаны в табл. 2.3.

Как видно из таблицы, кроме указанных выше химических элементов в состав быстрорежущих сталей входят и другие элементы, такие, как углерод (0,7... ...1,55%) и хром (3,0...4,6%). Хрдм при термообработке способствует получению сквозной прокалки и однородной мартенситной структуры одинаковой твердости по всему поперечному сечению инструмента. Хром несколько повышает твердость и износостойкость быстрорежущих сталей, но не повышает их температу-ростойкость. Легирование хромом улучшает технологические свойства быстрорежущих сталей при термообработке и их механической обработке в нетермообра-ботанном состоянии.

В быстрорежущих сталях содержатся также примеси: марганец, кремний, Сфа

Таблица 2.3. Химический состав быстрорежущих ивструментальных сталей

и фосфор. Они ухудшают физико-механические свойства сталей. Поэтому присутствие примесей в быстрорежущих сталях ограничивается содержанием 0,01.. .0,35 %.

МЕХАНИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА. Несмотря на сложный химический состав и высокую степень легирования, механические свойства (а, а, твердость) быстрорежущих сталей незначительно вьш1е, чем у углеродистых и низколегированных инструментальных сталей (табл. 2.4). По пределу прочности на растяжение и изгиб все марки быстрорежущих сталей превышают другие инструментальные материалы. В термообработанном состоянии они не только имеют высокую прочность, но сохраняют упругость и вязкость. Изготовленные из них металлорежущие инструменты способны вьщер-жать большие контактные напряжения, возникающие на лезвиях в процессе резания металлов.

ТЕМПЕРАТУРОСТОЙКОСТЬ. Повышенное содержание вольфрама, молибдена, ванадия и кобальта способствует достаточно высокой температуростойко-сти быстрорежущих сталей (см. табл. 2.4). При нагреве их до любой температуры, не превышающей критического значения, и последующем охлаждении до комнатной температуры они сохраняют свою исходную твердость, полученную при термообработке. Температуростойкость быстрорежущих сталей в 2,7.. .2,8 раза выше температуростойкости углеродистых и низколегированных инструментальных

Таблица 2.4. быстрорежущих

Физико-механические свойства сталей

сталей, поэтому быстрорежущие инструменты работают со скоростями резания, в 2.. .2,5 раза большими.

ИСПОЛЬЗОВАНИЕ БЫСТРОРЕЖУЩИХ СТАЛЕЙ. Быстрорежущие инструментальные стали в настоящее время практически полностью вытеснили углеродистые и низколегированные стали. Из высоколегированных быстрорежущих сталей изготовляют все виды и типоразмеры инструментов для удовлетворения потребностей механообрабатывающих цехов машиностроительных заводов.

§ 2.5. ТВЕРДЫЕ СПЛАВЫ

ХИМИЧЕСКИЙ СОСТАВ И МАРКИРОВКА. Твердые сплавы делятся на три подгруппы: вольфрамокобальтовую, условно обозначаемую буквами ВК, воль-фрамотитанокобальтовую ВТК и воль-фрамотитанотанталокобальтовую ВТТК.

В состав твердых сплавов той или иной подгруппы входят вольфрам, титан, тантал, кобальт и углерод. При этом вольфрам, титан и тантал входят в состав твердых сплавов в химически связанном состоянии, образуя твердые и тем-пературостойкие карбиды вольфрама, титана и тантала. Углерод в твердых сплавах также присутствует только в химически связанном в карбиды вышеуказанных элементов виде. Кобальт входит в состав твердых сплавов в химически не связанном (металлическом) состоянии, размещаясь между порошкообразными частицами карбидов и связывая их в единый монолит. Содержание кобальта в твердом сплаве определяет его механическую прочность. Увеличение кобальта в твердом сплаве уменьшает хрупкость, но вместе с этим уменьшает твердость и износостойкость (табл. 2.5).

В маркировке твердых сплавов буквами В и Т обозначается наличие в составе карбидов вольфрама, титана и тантала. Цифры в марках твердых сплавов показывают содержание (в процентах) кобальта и карбидов титана В подгруппе ВТТК за буквами ТТ указывается суммарное содержание карбидов титана и тантала. Содержание карбидов вольфрама не указывается.

Таблица 2.5. Химический состав и физико-механические свойства твердых сплавов

МЕХАНИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА. По

механической прочности твердые сплавы в целом уступают инструментальным сталям. Предел прочности на растяжение у твердых сплавов настолько мал, что не позволяет им в рабочих условиях выдерживать растягивающие нагрузки, и они могут работать только на изгиб и сжатие (см. табл. 2.5).

Значительно (в 2,5.. .3,2 раза) уступая инструментальным сталям по прочности на изгиб, твердые сплавы обладают высоким пределом прочности на сжатие и по этому параметру соответствуют или даже превосходят инструментальные стали. Из табл. 2.5 видно, что твердые сплавы подгрупп ВК и ВТТК в 1,1... .. .3,5 раза имеют более высокие прочностные характеристики, чем твердые сплавы подгруппы ВТК.

Природная твердость твердых сплавов, т. е. твердость, полученная непосредственно при их изготовлении без дополнительной термообработки, превышает твердость термообработанных быстрорежущих сталей и, измеренная по шкале А Роквелла, колеблется в пределах HRA 87.. .91.

ТЕМПЕРАТУРОСТОЙКОСТЬ. Карбиды вольфрама и титана, составляющие основу твердых сплавов, обладают высокой природной температуростойкостью. Увеличение содержания в твердом сплаве карбидов вольфрама, титана и тантала (см. табл. 2.5) при соответствующем уменьшении содержания кобальта ведет к повышению температуростойкости твердых сплавов. Особенно сильно на повышение температуростойкости влияет нали-

чие в составе твердых сплавов карбидов титана и тантала.

Высокая температуростойкость дает возможность вести твердосплавными инструментами обработку металлов с высокими скоростями резания с допускаемой на лезвиях температурой свыше 1000°С. В этом заключается преимущество твердых сплавов перед инструментальными сталями.

ПРАКТИЧЕСКОЕ ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ТВЕРДЫХ СПЛАВОВ. Из твердых сплавов разных марок промышленностью изготовляется большая номенклатура пластинок различных стандартных форм и размеров. Твердыми, темпера-туростойкими и износостойкими твердосплавными пластинками оснащают все виды токарных резцов и значительную часть фрез. Их устанавливают на зенкерах, развертках, протяжках, зуборезных и резьбонарезных инструментах. Номенклатура инструментов, оснащенных твердыми сплавами, продолжает расти. Для высокопроизводительной обработки специальных конструкционных материалов мелкоразмерные сверла, зенкеры, развертки и фрезы целиком изготовляют из твердых сплавов.

§ 2.6. НЕМЕТАЛЛИЧЕСКИЕ

ИНСТРУМЕНТАЛЬНЫЕ

МАТЕРИАЛЫ

Некоторые металлорежущие инструменты, преимущественно резцы, изготовляют из минералов. Эти минералы имеют различный химический состав, кристаллическое строение, физико-механические