Режущий инструмент в процессе резания металлов подвергается большому давлению срезаемого слоя и нагреву, что вызывает его износ. Поэтому основным требованием к материалам режущих инструментов является износоустойчивость при высокой температуре нагрева в течение продолжительного времени. Это требование обеспечивается большой твердостью материала в нагретом состоянии и его красностойкостью.
В настоящее время в машиностроении для изготовления режущих инструментов применяют инструментальные углеродистые, легированные и быстрорежущие стали. Кроме перечисленных сталей, применяют также пластины твердых металлокерамических и минералокерамических материалов.
Инструментальные углеродистые стали в настоящее время имеют ограниченное применение вследствие низкой красностойкости. Инструменты из этой стали хотя и имеют твердость после термообработки HRC 60 — 63, но при нагреве до 200 — 250°С твердость резко падает и инструмент тупится.
Из инструментальной углеродистой стали марок У10А, У12А изготовляют режущие инструменты, работающие с малыми скоростями резания (V ≤ 10 м/мин), например напильники, ножовочные полотна, метчики, плашки и т. д.
Инструментальные легированные стали отличаются от углеродистых инструментальных сталей тем, что в них введены легирующие металлы: хром, вольфрам, молибден, ванадий, никель и др. Эти стали содержат 0,85 ÷1,5%С. Они после закалки имеют твердость HRC 62 — 64, обладают высокой вязкостью и высокими механическими качествами σпч = 160 — 170 кГ/мм2. Однако их красностойкость не превышает 350 — 400°С, поэтому эти стали применяют при изготовлении режущих инструментов для обработки металлов (отбеленный чугун, нагартованную сталь и т. п.) при малых и умеренных скоростях резания (примерно в 1,2 ÷ 1,5 раза больших, чем при работе инструментами, изготовленными из инструментальной углеродистой стали). Легированная хромокремнистая сталь 9ХС и особенно хромовольфрамовые марок ХВГ и 9ХВГ мало деформируются при закалке, что очень важно приизготовлении таких сложных режущих инструментов, как протяжки, длинные развертки, метчики, сверла, фрезы и т. п.
Быстрорежущие стали — это хромовольфрамовые стали с содержанием вольфрама от 8,5 до 19% и от 3,8 до 4,4% хрома. Режущий инструмент из быстрорежущих сталей имеет после термообработки твердость HRC 62 — 65, повышенную сопротивляемость износу и сохраняет режущие свойства при нагреве до 600 — 650°С. Это позволяет работать инструментом, изготовленным из быстрорежущей стали со скоростями, в 2 — 4 раза большими, чем инструментами, изготовленными из инструментальной углеродистой стали.
В настоящее время широко применяют быстрорежущие стали марок Р9 и Р18 с содержанием вольфрама в среднем соответственно 9 и 18%. Кроме этих основных марок, при обработке жаропрочных и других сплавов применяют кобальтовые и ванадиевые инструментальные быстрорежущие стали марок Р9Ф5, Р14Ф4, Р18Ф2, Р8К5, Р9К10, Р10К5Ф5, Р18К5Ф2.
В приведенных марках буква Р обозначает вольфрам, буква Ф — ванадий, буква К — кобальт, а следующие за буквой цифры обозначают содержание данного металла в процентах. Например, марка стали Р10К5Ф5 содержит десять процентов вольфрама, пять процентов кобальта и пять процентов ванадия.
Твердые сплавы представляют раствор карбидов вольфрама и карбидов титана в металлическом кобальте. Их изготовляют в виде пластин необходимой формы путем спекания при температуре около 1900°С. Получающиеся пластины обладают очень высокой твердостью HRC 88 — 92, большой износостойкостью и красностойкостью (900 — 1000°С). Пластины твердых сплавов припаивают или механически крепят специальными прижимами к корпусу (державке) из конструкционной или инструментальной углеродистой стали (У7А, У8А).
Режущие инструменты с пластинами из твердых сплавов применяют для обработки самых твердых металлов, включая закаленную сталь и неметаллические материалы (стекло, фарфор, пластмассы) при скоростях резания в 3 — 4 раза больше, чем скорость обработки инструментом из быстрорежущей стали.В настоящее время заводы твердых сплавов выпускают две основные группы этих сплавов: вольфрамовая группа, основные марки которой ВК2, ВКЗ, ВК4, ВК6, ВК6М, ВК8, ВК8В, и титановольфрамовая с основными марками Т5К10, Т5К12В, Т14К8, Т15К6, Т30К4 и Т60К6, и тантало-титановольфрамовая ТТ7К12. Твердые сплавы группы ВК предназначены для обработки чугуна и других твердых, хрупких металлов и неметаллических материалов; сплавы группы ТК предназначаются для обработки сталей.
Во всех приведенных марках твердых сплавов цифры после буквы К обозначают содержание кобальта в процентах, а цифры после буквы Т — содержание карбида титана в процентах; остальное до 100% — карбиды вольфрама. Например, твердый сплав ВК6 содержит 6% кобальта и 94% карбидов вольфрама; сплав Т60К6 — 60% карбида титана, 6% кобальта и 34% карбида вольфрама.Среди перечисленных марок твердых сплавов марки ВК4, ВК6М и ВК8В включены в ГОСТ в 1958 г. Они предназначаются для обработки резанием металлов и неметаллических материалов и по ряду свойств — твердости, эксплуатационной прочности и износоустойчивости — превосходят некоторые старые марки твердых сплавов (ВКЗ, ВК6, ВК8).
Минералокерамический материал для изготовления пластин к режущим инструментам состоит из окиси алюминия (Аl2Оз) и получается методом прессования с последующей термообработкой. Минералокерамические пластины крепят механически к металлическим державкам или же припаивают их, предварительно подвергая металлизации. В промышленности применяют минералокерамические пластины марок Т-48 и ЦМ-332. Эти материалы, обладая очень большой твердостью (HRC 91 — 93) и красностойкостью 1200ºС, позволяют обрабатывать металлы резанием со скоростью до 2000 м/мин, т. е. превышающую скорость резания твердыми сплавами в 1,5 — 2 раза. Но существенным недостатком минерало-керамического материала является высокая хрупкость, препятствующая его широкому внедрению в промышленность.
Наиболее эффективно минералокерамические материалы используют для режущего
инструмента при получистовой и чистовой обработке сталей, чугуна и цветных
металлов в условиях безударной нагрузки.
