Материалы режущих инструментов: свойства, виды и выбор для оптимальной обработки

Качество обработки, точность и чистота поверхности напрямую зависят от материала режущего инструмента. Ключевые требования к инструментальным материалам:

• Высокая краснотвердость (твердость при нагреве).
• Высокая износостойкость.
• Сочетание высокой твердости и вязкости.
• Высокая теплопроводность.
• Низкий коэффициент теплового расширения.
• Высокая прочность.
• Низкий коэффициент трения, химическая инертность.

Основные инженерные материалы режущих инструментов

Углеродистая сталь (Carbon Steel)

Обработка мягких материалов: Mg, Al, дерево. Состав: C, Si, Mn. Применение: ручные сверла узкие, гайковерты, штампы, долота. Скорость резания ~10 м/мин, макс. температура 200–250°C.

Быстрорежущая сталь (HSS — High Speed Steel)

Легированная сталь: 18% W, 4% Cr, 1% V. Глубокое закалание (масло, воздух, соль). Макс. вязкость среди сталей. Скорость 30–50 м/мин, температура до 650°C. Два типа: вольфрамовые (W) и молибденовые (Mo заменяет W — дешевле, выше вязкость при той же твердости).

Стеллит (Stellite)

Нефарфоровый сплав: Co (38–53%), Cr (30–33%), W (10–20%), C (1–3%), Mo, B. Промежуточные свойства между HSS и твердыми сплавами. Скорость 50–80 м/мин, температура до 900°C. Черновая обработка труднобрабатываемых сталей (высокопрочные, нержавеющие, термоустойчивые) на высоких скоростях и подачах.

Твердые сплавы (Cemented Carbides)

Порошковая металлургия, связующее — Co. Три группы:
1. WC + Co.
2. WC + Co + карбиды Ti, Ta, Nb, Cb.
3. TiC + Ni/Mo (связующее).
Скорость 60–200 м/мин, температура 1000–1200°C. Очень хрупкие — вредны вибрации.

Керамики (Ceramics)

SiC + Al₂O₃ (порошковая металлургия). Не работают на низких скоростях. Высокая износостойкость и твердость (выше твердых сплавов). Обработка чугуна и высокопрочных сталей на высоких скоростях. Температура до 1400°C, скорость 300–600 м/мин.

Кермети (Cermets)

Керамика + металл (Al₂O₃ + W, Mo, B, Ti ~10%). Сочетают огнеупорность керамики и вязкость/теплоустойчивость металла.

Алмаз (Diamond)

Твержайший известный материал. Высокая теплопроводность, низкое тепловое расширение, низкое трение. Скорость 1500–2000 м/мин. Обработка твердых сплавов, нитридов, в основном неферrosos металлов.

Кубический нитрид бора (CBN — Cubic Boron Nitride)

Вторая твердость после алмаза. Синтетический: N + B. Высокая твердость, теплопроводность, химическая инертность. Замена алмаза при обработке сталей. Преимущественно абразив в кругах. Скорость 600–800 м/мин.

УКОН (UCON)

Новый материал: Nb 50%, Ti 30%, W 20%. Высокая твердость, вязкость, ударная стойкость. Для резания сталей. Не для чугуна, нержавейки, суперсплавов на Ni/Co/Ti. +60% скорости к твердым сплавам.

Коронит (Coronite)

Свойства между HSS и твердыми сплавами. Тонкозернистый TiCN в матрице из закаляемой стали. Малые/средние сверла и фрезы, покрытия, сердечник для HSS/пружинных сталей.

Выбор материала инструмента определяется обрабатываемым материалом, режимами резания, требованиями к качеству и экономикой процесса.