Скидка на подшипники из наличия!
Новое поступление товара в 2026 году!
Из какого материала делают режущий инструмент — вопрос, ответ на который определяет производительность обработки, стойкость кромки и себестоимость детали. На современном производстве используют пять основных групп инструментальных материалов: углеродистые и легированные инструментальные стали, быстрорежущие стали (HSS), металлокерамические твёрдые сплавы, режущую керамику и сверхтвёрдые материалы — поликристаллический кубический нитрид бора (PCBN, КНБ) и поликристаллический алмаз (PCD).
Каждая группа занимает свою нишу по сочетанию твёрдости, теплостойкости (красностойкости), вязкости и стоимости. Ниже — структурированный разбор материалов с физико-механическими параметрами по действующим стандартам и практическими ориентирами по выбору под обрабатываемый материал и операцию.
Инструментальный материал работает в условиях высоких контактных давлений на передней и задней поверхностях, температур в зоне резания до 800–1000 °C и более, ударных и циклических нагрузок, химического взаимодействия со стружкой. Чтобы режущая кромка сохраняла геометрию и обеспечивала заданное качество поверхности, материал должен сочетать ряд противоречивых свойств.
Универсального материала нет: усиление одного свойства всегда ослабляет другое. Рост твёрдости снижает вязкость, рост теплостойкости — прочность на изгиб.
Этот закон диктует «лестницу» инструментальных материалов: чем выше теплостойкость, тем больше допустимая скорость резания, но тем меньше допустимое сечение среза и тем строже требования к жёсткости системы СПИД (станок—приспособление—инструмент—деталь).
Исторически первая группа инструментальных материалов. Сегодня применяется для ручного, слесарного, деревообрабатывающего и измерительного инструмента, а также для оснастки, не работающей при значительном нагреве.
Регламентируются ГОСТ 1435-99. Марки: У7, У8, У8Г, У9, У10, У11, У12, У13 (качественные) и У7А, У8А, У8ГА, У9А, У10А, У11А, У12А, У13А (высококачественные с пониженным содержанием серы и фосфора). Цифра указывает среднее содержание углерода в десятых долях процента; буква «А» обозначает высококачественную сталь, «Г» — повышенное содержание марганца.
Углеродистые стали теряют твёрдость уже при ~200 °C. Для механизированного резания металлов на современных скоростях они непригодны: применимы только при низких скоростях и при работе с малым тепловыделением.
Регламентируются ГОСТ 5950-2000. Легирование хромом (Х), вольфрамом (В), ванадием (Ф), молибденом (М), кремнием (С), марганцем (Г) повышает прокаливаемость, износостойкость и теплостойкость по сравнению с углеродистыми, но без выхода в область быстрорежущих сталей. Типовые марки: 9ХС, ХВГ, ХВСГ, Х12МФ, 9Х5ВФ. Теплостойкость — ориентировочно 250–400 °C в зависимости от состава.
Из легированных инструментальных сталей делают протяжки, длинные метчики и развёртки малых диаметров, штампы холодного деформирования, ножовочные полотна, а также ножи и матрицы для деревообработки. В современной металлообработке резанием их доля невелика — она вытеснена быстрорежущими сталями и твёрдым сплавом.
Быстрорежущие стали — высоколегированные стали с теплостойкостью до 600–650 °C, способные сохранять режущие свойства при нагреве кромки до красного цвета (отсюда термин «красностойкость»). Регламентируются ГОСТ 19265-73.
В обозначении марки буква Р — собственно «быстрорежущая», цифра после Р — среднее содержание вольфрама (%); далее идут буквы М (молибден), Ф (ванадий), К (кобальт), А (азот) с цифрами, обозначающими их долю; буква Ш указывает на электрошлаковый переплав. Например, Р6М5 — около 6 % W, 5 % Mo.
Стали HSS-PM (производимые методом порошковой металлургии) имеют более мелкую и однородную карбидную структуру, чем литые: исключается крупная карбидная сегрегация, характерная для слитковой технологии. Это даёт прирост вязкости и стойкости при прерывистом резании, особенно у высокованадиевых марок.
HSS до сих пор незаменим там, где нужна вязкая кромка: метчики, протяжки, мелкие свёрла, концевые фрезы для прерывистого резания при невысоких скоростях.
Металлокерамические материалы на основе тугоплавких карбидов вольфрама, титана, тантала со связкой из кобальта; получают методом порошковой металлургии — прессованием и жидкофазным спеканием. Российские марки регламентированы ГОСТ 3882-74 (соответствует ИСО 513), классификация твёрдых режущих материалов по применяемости — ГОСТ Р ИСО 513-2019.
В маркировке ВК цифра после К — массовая доля кобальта (%), остальное — карбид вольфрама. В ТК цифра после Т — содержание TiC, после К — Co, остальное — WC. Литеры «М», «ОМ», «ХОМ» обозначают мелкозернистую, особомелкозернистую структуру; они дают более острую кромку и выше твёрдость при той же связке.
Международная и принятая отечественная классификация делит твёрдые режущие материалы на шесть основных групп применения, обозначаемых цветом:
Внутри каждой группы — двузначный индекс (например, P10, P30, K20): чем меньше число, тем выше износостойкость и допустимая скорость резания; чем больше — тем выше вязкость и допустимая подача и сечение среза.
Жёсткость технологической системы — обязательное условие для твёрдого сплава. Вибрации, биение шпинделя, нежёсткие приспособления приводят к сколам и катастрофическому разрушению кромки задолго до выработки износа.
Керметы (cermet — ceramic + metal) — разновидность твёрдых сплавов, в которых вольфрамокарбидная основа заменена карбидами и карбонитридами титана (TiC, TiCN), а связкой служит никель или никель-кобальт. По сравнению с обычным твёрдым сплавом WC–Co керметы имеют:
Типичная ниша керметов — чистовое и получистовое точение и фрезерование сталей (группа P) с высокими требованиями к шероховатости и точности размера. На прерывистых и ударных операциях керметы уступают традиционному твёрдому сплаву.
Режущая керамика — спечённые материалы на основе оксидов и нитридов с минимальным содержанием металлической связки или вовсе без неё. По ГОСТ Р ИСО 513-2019 керамика включается в систему «твёрдых режущих материалов» наряду со сплавами, КНБ и алмазом.
Керамику применяют преимущественно «всухую» или с обильной непрерывной подачей СОЖ. Прерывистая подача охлаждающей жидкости создаёт тепловой удар и приводит к растрескиванию пластин.
Сверхтвёрдые материалы — это поликристаллические компакты на основе кубического нитрида бора (CBN, КНБ) и синтетического алмаза. Их получают спеканием порошков под высоким давлением и температурой (HPHT), часто на твердосплавной подложке. По ГОСТ Р ИСО 513-2019 они объединены в две буквенные группы режущих материалов — BN (нитрид бора) и DP/DM (поликристаллический и монокристаллический алмаз).
Структура из спечённых зёрен кубического нитрида бора со связкой керамического или металлокерамического типа. Уступает алмазу по твёрдости, но значительно превосходит его по химической стойкости к железу — поэтому пригоден для обработки сталей и чугунов.
Поликристаллический алмаз получают спеканием алмазных микропорошков с металлической связкой (как правило, кобальт) под высоким давлением. PCD — самый твёрдый из инструментальных материалов, но имеет два принципиальных ограничения.
Ниша PCD — высокоскоростная обработка алюминиевых сплавов (особенно высококремнистых), меди и латуни, армированных композитов (CFRP, GFRP), графита, керамики, древесных композитов. На таких материалах ресурс PCD-инструмента многократно превышает твердосплавный.
В таблице ниже — качественное сравнение основных групп инструментальных материалов по ключевым свойствам. Конкретные числовые значения зависят от марки и режима термообработки и приведены в разделах выше.
Принцип выбора: подобрать самый дешёвый материал, который выдержит требуемый режим резания при заданной стойкости и качестве поверхности.
Алгоритм выбора инструментального материала складывается из последовательной оценки заготовки, операции и условий резания.
Современные пластины из твёрдого сплава, кермета и керамики почти всегда выпускаются с износостойкими покрытиями толщиной от единиц до десятков микрометров. Покрытие — не самостоятельный материал инструмента, но его влияние на стойкость кромки сопоставимо со сменой основы.
Покрытие не «исправляет» неподходящую основу. Если выбран сплав не той группы применения, покрытие лишь отсрочит выход кромки из строя, но не устранит причину износа (например, диффузионный износ при обработке нержавейки сплавом группы P без подходящей связки).
В современной металлообработке основная доля приходится на твёрдый сплав (металлокерамика на основе WC, TiC, TaC с кобальтовой связкой по ГОСТ 3882-74) — он покрывает большую часть точения и фрезерования сталей и чугунов. Быстрорежущая сталь по ГОСТ 19265-73 остаётся стандартом для мелкого осевого инструмента: свёрл, метчиков, концевых фрез малых диаметров, протяжек.
Твёрдый сплав — спечённая металлокерамика (карбид + металлическая связка), быстрорежущая сталь — высоколегированная сталь. Сплав значительно твёрже и сохраняет твёрдость при существенно более высоких температурах (до ~800–1000 °C против 600–650 °C у HSS), но существенно более хрупок. HSS лучше работает при ударах и малой жёсткости системы.
По ГОСТ 19265-73: буква Р — быстрорежущая сталь, цифра 6 — среднее содержание вольфрама (~6 %), буква М — молибден, цифра 5 — его содержание (~5 %). Это универсальная вольфрамомолибденовая быстрорежущая сталь общего назначения.
Это группы применяемости твёрдых режущих материалов по ГОСТ Р ИСО 513-2019. P — стали, M — нержавеющие и аустенитные стали, K — чугуны, N — цветные металлы и пластмассы, S — жаропрочные сплавы и титан, H — закалённые стали и отбелённый чугун. Каждой группе соответствует свой цвет маркировки и свои рекомендованные марки сплавов.
При температуре резания углерод алмаза диффундирует в железо и графитизируется — кромка катастрофически быстро изнашивается. По этой причине PCD применяют только для цветных металлов (особенно алюминиевых сплавов с высоким содержанием кремния), композитов, керамики и неметаллов. Для закалённых сталей вместо алмаза применяют поликристаллический кубический нитрид бора (PCBN), который химически инертен к железу.
«Белая» (оксидная) керамика — на основе Al₂O₃, иногда с добавкой ZrO₂; имеет высокую твёрдость, но низкую прочность и плохо переносит тепловой удар. «Чёрная» (оксидно-карбидная) керамика — Al₂O₃ + TiC; повышены прочность и теплопроводность, применима для точения легированных и закалённых сталей.
HSS-PM — быстрорежущая сталь, получаемая методом порошковой металлургии вместо традиционной выплавки и проката. Карбиды распределены более мелко и равномерно, нет крупных карбидных скоплений. Это даёт прирост вязкости и стойкости при прерывистом резании, особенно у высокованадиевых и высококобальтовых марок.
Да. HSS незаменим там, где нужна вязкая, ударостойкая кромка и невысокая скорость: метчики (особенно ручные), длинные протяжки, свёрла и фрезы малых диаметров, инструмент для работы на нежёстких станках. Твёрдый сплав при тех же условиях скалывается раньше, чем вырабатывает износ.
Для непрерывного чистового точения — поликристаллический кубический нитрид бора (PCBN). На жёсткой системе допустимо применение оксидной и оксидно-карбидной керамики при малых сечениях среза. Твёрдый сплав группы H применим при невысоких скоростях; HSS на таких твёрдостях практически не работает.
Высококремнистые алюминиевые сплавы обладают сильно абразивным действием за счёт твёрдых частиц кремния. Оптимальный материал кромки — поликристаллический алмаз (PCD); ресурс инструмента кратно превышает твердосплавный. При обработке твёрдым сплавом применяются специальные мелкозернистые марки группы N с алмазоподобными покрытиями.
Вы можете задать любой вопрос на тему нашей продукции или работы нашего сайта.