В зависимости от того, в какой форме присутствует графит в сплаве, различают:
- Белый чугун, в котором весь углерод находится в связанном состоянии в виде карбида.
- Серый чугун, в котором углерод в значительной степени или полностью находится в свободном состоянии в форме пластинчатого графита.
- Высокопрочный чугун, в котором углерод в значительной степени или полностью находится в свободном состоянии в форме шаровидного графита.
- Ковкий чугун, получающийся в результате отжига отливок из белого чугуна. В ковком чугуне весь углерод или значительная часть его находится в свободном состоянии в форме хлопьевидного графита [3, с. 180].
Ещё одним достоинством этого класса является более низкая цена по сравнению со сталями.
Недостатками чугунов являются: большая хрупкость, низкая упругость. Так как инструмент, который нам необходимо изготовить (кернер) работает в условиях ударных нагрузок, то использование данного материала нецелесообразно.
3. Сплавы цветных металлов.
а) На основе меди.
Сплавы меди с оловом, свинцом, кремнием, алюминием и другими элементами называются бронзами.
Оловянистые бронзы (содержание олова до 20%) обладают хорошими литейными свойствами, высокой химической стойкостью и хорошими антифрикционными свойствами. Хорошо обрабатываются резанием. Являются дорогими. С очень высоким содержанием олова становятся очень хрупкими [1, с. 164].
Алюминиевые бронзы содержат 5 - 10% алюминия. Алюминиевые бронзы обладают высокой стойкостью против коррозии. Обрабатываются давлением.
Кремнистые бронзы превосходят оловянистые по механическим свойствам и являются более дешёвыми. Обладают высокой стойкостью против коррозии. Хорошие упругие характеристики, удовлетворительно обрабатываются резанием.
Бериллиевые бронзы содержат 2,0 - 2,5% бериллия. Дисперсионно - твердеющие сплавы, значительно повышают механические свойства в результате термической обработки.
Высокие прочность и упругость, стойкость против коррозии, хорошая свариваемость и обрабатываемость резанием. Применяется для изготовления ответственных деталей и инструментов.
Являются очень дорогими [1, с. 165].
Сплавы меди с цинком называются латунями.
Они обладают хорошей жидкотекучестью, достаточно дешевые, обладают небольшой усадкой. Хорошо обрабатываются резанием, обладают высокой коррозионной стойкостью, но с небольшой твердостью (120 НВ в деформированном состоянии). Различают деформируемые и литейные латуни.
б) На основе алюминия.
Деформируемые алюминиевые сплавы, не упрочняемые термической обработкой, характеризуются не высокой прочностью, высокой пластичностью и коррозионной стойкостью.
Дюралюминий хорошо деформируется в горячем и холодном состоянии. После закалки дюралюминий подвергают старению, что обеспечивает получение высоких прочности и твёрдости.
Сплавы авиаль, уступая по прочности дюралюминию, они обладают лучшей пластичностью в горячем и холодном состояниях [1, с. 167].
Силумины обладают высокой жидкотекучестью, имеют малую усадку.
в) На основе магния.
Магний относительно устойчив против коррозии лишь в сухой среде и при повышении температуры легко окисляется и даже самовоспламеняется. Магниевые сплавы применяют в авиационной промышленности, в машиностроении и радиотехнической промышленности [1, с. 168].
г) На основе титана.
Обладают хорошими литейными свойствами. Наличие азота и кислорода повышает прочность титана, но сильно снижает пластичность. Присутствие углерода снижает ковкость, ухудшает обрабатываемость резанием, свариваемость титана.
Титан обладает высокой коррозионной стойкостью в атмосфере, пресной и морской воде, в ряде кислот. Титан хорошо куётся и сваривается [1, с. 170].
Цветные металлы и сплавы обладают хорошей пластичностью, стойкостью в агрессивных средах, хорошей твёрдостью и упругостью, поэтому некоторые из них можно использовать для изготовления кернера.
4. Материалы порошковой металлургии.
Порошковая металлургия - отрасль технологии, занимающаяся производством металлических порошков и деталей из них. Из металлического порошка или смеси порошков прессуют заготовки, которые подвергают термической обработке - спеканию [4, с. 418].
Основа твёрдых сплавов - карбиды металлов, обладают высокой хрупкостью. Сплавы являются дорогими, поэтому их делают не цельными.
Твёрдые сплавы имеют высокие твердость 87 - 92 HRA (HRC = 2HRA - 104) и теплостойкость (800 - 11000С) [1, с. 137].
Твердые сплавы делятся на группы: вольфрамовая, титановольфрамовая, титанотанталовольфрамовая, безвольфрамовая.
Твёрдые сплавы применяют в основном для изготовления режущего инструмента. Они дорогие и требуют специального оборудования, как для изготовления, так и для защиты от вредного воздействия, так как для улучшения механических свойств в них добавляют измельчённые легирующие элементы.
5. Неметаллические материалы.
Значительное место в промышленности занимают различные неметаллические материалы – пластмассы, керамика, резина. Их производство и применение развивается в настоящее время опережающими темпами по сравнению с металлическими материалами. Но использование их в промышленности невелико. Достоинствами неметаллических материалов является высокая механическая прочность, высокие электроизоляционные характеристики, оптическая прозрачность, высокая эластичность, химическая стойкость, морозостойкость, износостостойкость. Недостатками же является низкая твердость, низкая ударная вязкость, склонность к старению.
Поскольку твёрдость и ударная вязкость являются основными требованиями к изготовляемому инструменту, изготовление кернера из неметаллических материалов нецелесообразно.
Таким образом, для изготовления кернера выберем углеродистую инструментальную, низколегированную инструментальную стали, а также быстрорежущую сталь.
22
Таблица 3
Основные характеристики материала
| Марка материала | Название. | Химический состав. | Механические свойства. | Технол. св-ва. | ТО | Область применения. | ||
| σв; МПа | δ5;% | HRC | ||||||
Р6М5 | Быстрорежущая инструментальная сталь | С: 0,82 - 0,90W: 5,5 - 6,5Мо: 4,8 - 5,3Cr: 3,8 - 4,4V: 1,7 - 2,1Со: < 0,5 | -/- | -/- | 63 - 65 | Жидкотекучесть, закаливаемость, прокаливаемость. | Закалка 12200С масло. Отпуск 5500С | Для всех видов режущ. инструм., инструм. работающ. с ударными нагрузками. |
У8А | Углеродистая инструментальная сталь | С:0,75 - 0,84Mn:0,15 - 0,4Cr:< 0,15Si: 0,17 - 0,33 | 1420 | 10 | 62 - 63 | Жидкотекучесть, закаливаемость, прокаливаемость. | Закалка 7700С вода. Отпуск 1700С | Инструмент подвергающийся ударам и толчкам (зубила, клейма, кернеры). |
8ХФ | Низколегированная инструментальная сталь | С: 0,7 - 0,8Si: 0,1 - 0,4Mn:0,15- 0,45Cr: 0.4 - 0.7V: 0.15 - 0.3 | -/- | -/- | 61 - 63 | Жидкотекучесть, закаливаемость, прокаливаемость. | Закалка 8300С вода. Отпуск 2200С | Для штемпелей при холодной работе, ножей при холодной резке Ме, обрезке заусенцев, кернеров. |
15ХФ | Хромованадиевая сталь | С:0,12 - 0,18Si: 0,17 - 0,37Mn:0,4 - 0,7Cr:0,8 - 1,1V: 0,06 - 0,12Ni:0.3; Cu:0,3 | 750 | 13 | 63 - 64 | Жидкотекучесть, закаливаемость, прокаливаемость. | Закалка 7900С вода. Отпуск 1800С | Применяют для небольших деталей машин (зубч. колёса, поршневые пальцы, плунжеры). |
24
Изучив все марки материалов, проанализируем достоинства и недостатки каждой (табл. 4).
Таблица 4
Достоинства и недостатки материалов
| Свойства | Р6М5 | У8А | 8ХФ | 15ХФ |
| Коррозионная стойкость | средняя | низкая | средняя | средняя |
| не являются коррозионно-стойкими | ||||
| Твёрдость в ТО состоянии | высокая | высокая | высокая | высокая |
Прочность в ТО состоянии | высокая | ниже чем у Р6М5, но выше чем у 8ХФ и 15ХФ | ниже, чем у сталей Р6М5;У8А | |
| Ударная вязкость | средняя | выше среднего | ||
| Жидкотекучесть | средняя | |||
| Термическая обработка | сложная | простая | простая | простая |
| Стоимость | высокая | низкая | дороже У8А, дешевле Р6М5 | |
1.6. Выбор материала