Vật liệu là một lĩnh vực khoa học đó được nghiờn cứu từ sớm và đó đạt được những thành tựu to lớn.
Theo lịch sử phỏt triển của cỏc phương phỏp gia cụng cắt gọt, ta lần lượt điểm qua cỏc loại vật liệu chế tạo dao thụng dụng sau đõy:
2.2.3.1. Thộp cacbon dụng cụ và phạm vi ứng dụng
Thộp cacbon dụng cụ là loại vật liệu được sử dụng sớm nhất vào lĩnh vực cắt gọt. Thành phần hoỏ học cơ bản của thộp cacbon dụng cụ là Fe và C. Trong đú, hàm lượng cacbon chiếm khoảng 0,6 - 1,5 % và hàm lượng cacbon quyết định độ cứng của thộp.
Đặc điểm: Vật liệu này cú ưu điểm là độ cứng sau khi nhiệt luyện cao (61 -
Trang 23
tăng lờn tới 200 - 2500 C thỡ độ cứng của thộp giảm rất nhanh, hơn nữa biến dạng sau khi nhiệt luyện rất đỏng kể.
Do vậy, thộp cacbon dụng cụ chỉ dựng để chế tạo cỏc loại dao cắt ở tốc độ thấp (dưới 15m/ph) và dao cú hỡnh dạng đơn giản, thường được dựng để chế tạo cỏc loại dụng cụ như: đục, dũa và cỏc loại dụng cụ cắt bằng tay,...
Thộp cacbon dụng cụ thường dựng hiện nay gồm cỏc mỏc sau: Y7A, Y8A,
Y9A, Y10A, Y12A, Y13A, .... những loại này cú chế độ nhiệt luyện những sau:
- Tụi ở nhiệt độ 750 - 8400C trong nước hoặc trong dầu.
- Tiếp đú ram ở nhiệt độ 180 - 2000C. Độ cứng bề mặt đạt được 60 - 65 HRC,
độ cứng bờn trong khoảng 40 HRC.
Cỏc mỏc hay sử dụng: CD70; CD70A CD130A tương đương với mỏc thộp của Nga (Y7; Y7A Y13A). Trong đú Y10A Y13A hay được dựng.
- Con số sau chữ Y chỉ hàm lượng trung bỡnh của cỏc bon trong thộp tớnh
theo phần nghỡn .
- Chữ A để chỉ thộp tốt tức lượng tạp chất P, S rất nhỏ (P< 0,03; S< 0,025%).
Vớ dụ: Mỏc thộp Y10A. Hàm lượng trung bỡnh của C trong thộp 1.0% (nằm trong khoảng 0,95 1,04%).
2.2.3.2. Thộp hợp kim dụng cụ và phạm vi ứng dụng
Khi nấu luyện thộp, nếu ta thờm vào mẽ nấu một lượng thớch hợp cỏc nguyờn tố hợp kim như: Crụm (Cr), Mangan (Mn), Silic (Si), Mụlypden (Mo), Wolfram (W),... ta sẽ được sản phẩm của mẽ nấu là thộp hợp kim. Những loại thộp hợp kim dựng để chế tạo dụng cụ cắt gọt gọi là thộp hợp kim dụng cụ.
Tuỳ thuộc vào loại nguyờn tố hợp kim và hàm lượng của chỳng mà cú tớnh chất hợp kim khỏc nhau. Vớ dụ: Crụm sẽ làm tăng độ cứng và độ thấm tụi của thộp; Wolfram sẽ làm tăng khả năng chịu nhiệt và chịu mũn của thộp, Vanadi làm tăng độ bền của thộp.
Đặc điểm: Thộp hợp kim dụng cụ cú những ưu điểm sau:
- Độ biến dạng khi nhiệt luyện nhỏ. Vỡ vậy, cú thể chế tạo được cỏc loại dao phức tạp như: dao chuốt, bàn ren, ...
- Độ bền nhiệt cao hơn thộp cacbon dụng cụ, thường khoảng 350 - 4000C. Do
Trang 24
- Dễ mài sắc và mài búng.
Tuy nhiờn, khả năng chịu nhiệt của thộp hợp kim dụng cụ khụng đỏp ứng được nhu cầu cắt hiện đại (cắt cao tốc), do đú phạm vi sử dụng chỳng bị thu hẹp. Hiện nay, vật liệu này chủ yếu dựng để chế tạo cỏc loại dao với tốc độ thấp như bàn ren, ta rụ, dao chuốt.
2.2.3.3. Thộp giú (HSS) và phạm vi ứng dụng
Thực chất, thộp giú là thộp hợp kim, nhưng cú hàm lượng hợp kim cao, thường 18% Wolfram, 4%Crụm, và 1% Vanadi. Nhờ vậy cho phộp cắt tốc độ cao hơn thộp hợp kim dụng cụ, thường vận tốc cắt V =30 - 80m/ph.
Tỏc dụng chủ yếu của Cr là tăng độ thấm tụi, V tạo thành cỏc bớt V cú độ cứng cao, tớnh chịu mũn cao. Co khụng tạo thành cỏc bớt mà hoà tan vào sắt. Khi
thộp giú cú lượng Co > 5% thỡ tớnh chịu núng của thộp giú được nõng cao. Thộp giú cú độ thấm tụi lớn, độ bền cao (b = 2500 3800 N/ mm2).
Độ cứng sau khi ram đạt HRC 62 65.
Độ bền nhiệt đạt 600 630 oC ứng với tốc độ cắt từ 30 40 m/ph.
Thộp giú được chia làm 2 loại: Thộp giú năng suất thường và thộp giú năng suất cao. (bảng 2 – 3)
2.2.3.4. Hợp kim cứng và phạm vi ứng dụng
Hợp kim cứng được chế tạo bằng cỏch trộn một (hoặc nhiều) loại bột carbit với bột Koban, sau đú đem nung núng và ộp lại thành những mónh tiờu chuẩn (gọi là thiờu kết). Cỏc loại và hàm lượng Carbit quyết định tớnh năng cắt gọt của hợp kim cứng, bột Koban chủ yếu cú tỏc dụng dớnh kết, đồng thời cú tỏc dụng làm tăng độ dẻo của hợp kim cứng.
Trong ngành chế tạo mỏy thường dựng 3 loại hợp kim sau:
- Hợp kim cứng 1 Carbit : gồm cú bột Carbit Wolfram và bột kết dớnh Koban.
Ký hiệu cụng thức (theo Liờn Xụ): BC + K = BK
- Hợp kim cứng 2 Carbit: gồm cú bột Carbit Wolfram, bột Carbit TiTan trộn với bột kết dớnh Koban để thiờu kết.
Trang 25
- Hợp kim cứng 3 Carbit: được tạo bằng cỏch trộn Carbit Wolfram, bột Carbit TiTan và bột Carbit Tantan với bột Koban để thiờu kết.
Ký hiệu cụng thức: (BC + TiC + TaC) + K = TTK
Hợp kim cứng là loại vật liệu chế tạo dao được dựng rộng rói nhất trờn thế giới hiện nay. Chỳng cú những ưu điểm sau:
- Độ cứng cao (62 - 65HRC hoặc cao hơn) và độ cứng đú khụng giảm mấy trong điều kiện cắt tốc đọ cao.
- Khả năng chịu bền cao, do đú tuổi bền cao.
Tuy vậy hợp kim cứng cũng cú những nhược điểm rất lớn là dũn, khả năng chịu uốn và chịu va đập kộm.
- Ứng dụng: Hợp kim cứng nhúm BK cú độ dẻo tốt hơn thường để gia cụng gang, nhúm TK thường dựng trong gia cụng thộp.
Cỏc loại hợp kim cứng đều được tiờu chuẩn hoỏ và cho trong cỏc sổ tay cắt gọt.
Để sử dụng hợp lý và cú hiệu quả HKC cần chỳ ý đến cỏc điều kiện sau đõy:
* Chế độ gia cụng
- Lựa chọn HKC theo vật liệu gia cụng (VD: Khi gia cụng thộp chọn HKC nhúm p, mỏc hay dựng là T15K6; Khi gia cụng gang chọn HKC nhúm K, mỏc hay
dựng là BK8)
- Xỏc định chế độ gia cụng (v, t, s) hợp lý với quỏ trỡnh gia cụng cú chỳ ý đến việc lựa chọn tuổi bền kinh tế.
- Khụng dựng dung dịch trơn nguội (gia cụng khụ) hoặc phải tưới mạnh và nhiều.
- Xỏc định thụng số hỡnh học (cỏc gúc , , ...) phự hợp với điều kiện gia cụng.
- Đảm bảo kớch thước thõn dụng cụ để khi gia cụng khụng cú rung động.
- Mài sắc hợp lý phần cắt bằng đỏ mài kim cương
* Đối với mỏy cụng cụ.
- Mỏy cú độ cứng vững tốt, khụng rung động ở tốt độ cắt cao và lực cắt lớn.
- Đảm bảo kẹp chặt tốt dụng cụ và chi tiết.
Trang 26
Xuất phỏt từ nhu cầu sử dụng của thực tế đối với HKC, chỳng ta cần tỡm hiểu HKC của cỏc nước trờn thế giới.
Thành phần một số mỏc hợp kim cứng thụng dụng theo tiờu chuẩn được trỡnh bày ở bảng 2 - 4.
2.2.3.5. Vật liệu sành sứ
Năng suất của quỏ trỡnh cắt bằng mảnh dao HKC cao, do HKC cú chứa cỏc nguyờn tố quý – hiếm như W, Ti, Ta, Co nờn người ta tỡm cỏch thay thế nú (trong trường hợp cho phộp) bằng cỏc vật liệu rẻ tiền mà vẫn đảm bảo năng suất lao động
cao.
Đú là vật liệu gốm. Thành phần chớnh của gốm là "đất sột kỹ thuật"(Al2O3)
Gồm 2 pha của ụxit nhụm :
Al2O3 cú = 3,65g/cm3 và Al2O3 cú = 3,96g/cm3.
Để chuyển hoỏ hoàn toàn từ Al2O3 sang Al2O3 người ta nung đất xột kỹ thuật ở nhiệt độ 1400 - 16000C. Sau đú nghiền nhỏ thành bột mịn. Bột được ộp thành những mảnh dao cú hỡnh dỏng và kớch thước tiờu chuẩn sau đú mang thiờu kết.
Cỏc mảnh dao gốm được kẹp cơ khớ vào thõn dao và khụng mài sắc lại.
Cỏc tớnh năng chủ yếu của vật liệu gốm :
- Độ cứng cao, đạt tới HRA 89 95 - Độ bền nhiệt cao (khoảng 1200o
C).
- Tớnh chống mũn cao nờn sai lệch kớch thước gia cụng nhỏ.
- Chất lượng bề mặt đạt được cao hơn.
- Rẻ tiền, dễ kiếm hơn hợp kim cứng.
- Cú [n] cao, đạt tới 5000N/mm2 .
- Tớnh dẫn nhiệt kộm nờn khi cắt khụng dựng dung dịch trơn nguội.
- Chỉ cú thể mài sắc bằng đỏ mài kim cương.
- Chủ yếu được dựng để gia cụng tinh với (t) và (s) bộ, tốc độ cắt cao nờn năng suất cao
- Giới hạn bền uốn thấp (chỉ đạt 450 N/mm2), chỉ sử dụng khi gia cụng bỏn tinh và gia cụng tinh với độ cứng vững của hệ thống cụng nghệ cao.
Trang 27
Loại hay sử dụng cú độ cứng HRA 89 95, độ bền nhiệt đến 1200o C.
Để tăng sức bền uốn của vật liệu sứ, người ta đưa thờm vào cỏc kim loại: (W, Mo, Bo, Ti, …).
2.2.3.6. Kim cương
Kim cương được hỡnh thành trong điều kiện nhiệt độ và ỏp suất cao. Vỡ vậy chỳng cú cấu tạo tinh thể đặc biệt, cú độ cứng rất cao.
Bờn cạnh kim cương tự nhiờn, hiện nay người ta đó tạo được kim cương nhõn tạo cú tinh thể đủ lớn để làm cỏc mónh dao.
Giống như sành sứ, kim cương rất dũn ( u 30 Kg/mm2). Vỡ vậy, kim cương chủ yếu dựng để làm hạt mài để mài cỏc vật liệu cú độ cứng và độ bền cao (vớ dụ như mài hợp kim cứng).
Gồm 2 loại: Kim cương thiờn nhiờn và kim cương nhõn tạo. - Kim cương thiờn nhiờn ớt được sử dụng vỡ giỏ thành quỏ cao.
- Kim cương nhõn tạo được tổng hợp từ than chỡ (graphớt) ở ỏp suất cao (100.000 atm) và nhiệt độ cao (25000
C).
Tớnh chất:
- Độ cứng kim cương nhõn tạo cao gấp 5 - 6 lần HKC và cao nhất trong cỏc
loại vật liệu cắt hiện nay (độ cứng tế vi đối với kim cương tự nhiờn: 100600 N/mm2
; kim cương nhõn tạo (86000 100000) N/ mm2).
Độ dẫn nhiệt cao gấp 2 lần HKC. Độ chịu nhiệt liờn tục thấp (< 8000
C).
Giũn, chịu tải trọng va đập kộm. Độ chịu mũn cao (gấp 10 lần HKC).
Khụng dựng gia cụng thộp vỡ dao kim cương bị mũn nhanh do hiện tượng khuyếch tỏn C từ dao sang thộp trong vựng cắt.
a. Ký hiệu:
Kim cương tự nhiờn được ký hiệu (A); kim cương nhõn tạo (AC) với cỏc nhón hiệu: ACO, AC, ACB.
Trang 28
Đõy là vật liệu dao mới chủ yếu là dựng để làm cỏc hạt mài, nú cú tớnh chất như kim cương.
Là hợp chất giữa Nitơ và nguyờn tố Bo. Tớnh cắt của nú tương tự như kim cương.
Độ cứng tế vi (6 - 8)107MPA.
Độ bền nhiệt cao (đến 2000o C).
Độ bền uốn lớn hơn kim cương ([u] = 1000N/mm2).
Độ bền mũn cao.
Hệ số ma sỏt với kim loại nhỏ
Được dựng để gia cụng tinh thộp tụi cú HRC 39-66 và gang, đặc biệt là thộp
giú.
Nú cấu tạo ở dạng bột sử dụng để chế tạo đỏ mài trũn, cỏc loại bột mài khỏc,
ngoài ra cũn dựng để chế tạo dao tiện .