Материалы и покрытия метчиков

Из какого материала изготавливают метчик

Инструменты производят из быстрорежущих сталей (HSS), так как эти сплавы отличаются высокой прочностью и устойчивостью к абразивному износу. Они сохраняют рабочие свойства даже при температуре 600 °С. В составе HSS присутствуют железо, углерод, а также легирующие элементы:

• Вольфрам повышает твердость и красностойкость стали. Благодаря ему инструмент становится устойчивым к нагреву.
• Молибден увеличивает ударную вязкость, снижает риск образования трещин и повышает сопротивление износу.
• Кобальт увеличивает жаропрочность. Он позволяет метчикам работать при повышенных температурах без потери режущих свойств.
• Ванадий улучшает износостойкость, делает режущую кромку более прочной и устойчивой к нагрузкам.
• Хром придает стали дополнительную коррозионную стойкость, улучшает твердость и прочность.

Метод изготовления метчика из быстрорежущей стали

Метчики изготавливаются из прутков быстрорежущей стали, которые получают методом прокатки или ковки. Прокатка позволяет добиться равномерной плотности материала и высокой прочности, а ковка улучшает структуру металла, делает заготовку более прочной.

Дальнейшие этапы:

• Заготовку нарезают в нужный размер, после чего проводят механическую обработку. С помощью станков формируют режущие кромки, задний угол и стружечные канавки, необходимые для эффективного отвода стружки при нарезании резьбы.
• Термическая обработка. Закалка выполняется при температурах 1300–1350 °С. Отпуск проходит при 550–600 °С. Этот процесс нужен, чтобы снять внутренние напряжения после закалки и повысить ударную вязкость.
• После термообработки поверхность инструмента шлифуют, добиваясь высокой точности геометрии. Далее следует полировка, которая снижает трение при нарезании резьбы и предотвращает налипание стружки на режущие кромки.
• Для увеличения срока службы на метчики наносят защитные покрытия. Они снижают коэффициент трения, защищают инструмент от перегрева и образования наростов на кромках.

Современные методы производства метчиков позволяют получать инструмент с высокой точностью, долговечностью и устойчивостью к нагрузкам. Использование специальных материалов для изготовления метчиков и защитных покрытий снижает риск поломок и улучшает качество резьбы.

Разновидности HSS стали

Быстрорежущие стали различаются по химическому составу и свойствам. Эти параметры определяют их применение в резьбонарезном инструменте. От того, из какого материала делают метчики, зависят их твердость, жаропрочность и износостойкость.

Вольфрамовые стали для метчиков

Такие стали отличаются высокой твердостью и устойчивостью к перегреву. Однако вольфрам — дорогой и редкий элемент, поэтому материал с его высоким содержанием используется нечасто.

Основные сферы применения:

• HSS-Co5, Р9 содержит небольшое количество вольфрама (8,5–9,5%) и применяется в инструменте простой формы — резцах, фрезах, зенкерах. Такая сталь устойчива к нагреву режущей кромки и обладает твердостью 62–64 HRC.
• T1, HSS-E Co8, Р18 отличаются высоким содержанием вольфрама — 18%. Используется для изготовления сложных фасонных инструментов, например, для метчиков и штамповки под давлением. Обладает высокой износостойкостью и твердостью 66–68 HRC.
• T15, Р12Ф5К5 дополнительно легирована ванадием и кобальтом. Она устойчива к нагрузкам и перегреву, поэтому используется в инструменте, работающем в сложных условиях. Твердость достигает 66–67 HRC.

Молибденовые стали для метчиков

Отличаются износостойкостью, устойчивостью к ударным нагрузкам и высокой красностойкостью. Дополнительные легирующие элементы повышают прочность и сопротивляемость абразивному износу.

Области применения:

• Р6М5, М2, HSS, HSS-G считаются универсальными и применяются для инструментов, работающих под нагрузкой. Обладают высокой твердостью, хорошо держат заточку. Р6М5 подходит для работы с цветными сплавами, чугуном, углеродистыми и легированными сталями.
• Р9М4, Р6М3 относятся к вольфрамомолибденовым сплавам и используются для черновой обработки — фрез, долбяков, шеверов.
• Р6М5Ф3, М3 содержат 3% ванадия, который повышает износостойкость. Применяются для чистовой и получистовой обработки нелегированных и легированных сталей.
• Р6М5К5, М35, HSS-E, HSS-Co благодаря 5% кобальта обладают высокой красностойкостью и стойкостью к перегреву. Подходят для обработки вязких, нержавеющих и жаропрочных сталей, но менее устойчивы к ударным нагрузкам.

Высоколегированные стали для метчиков

Сплавы содержат молибден, а также кобальт, ванадий и углерод. Добавление этих веществ повышает их прочность, термостойкость и устойчивость к износу.

• Р9К5, Р9К10 с содержанием кобальта 5–10% подходят для обработки коррозионностойких и жаропрочных сплавов. Они выдерживают прерывистое резание, вибрации и работу с минимальным охлаждением.
• Р9Ф5, Р14Ф4 содержат 4–5% ванадия, который обеспечивает устойчивость к абразивному износу. Используются для чистовой обработки и труднообрабатываемых материалов.
• М42, HSS-Co 8% по свойствам близки к Р18 и применяются для инструментов с высокой износостойкостью.
• Марка 9ХС (аналог ХВГ, ХВСГ) — инструментальная сталь с 0,9% углерода, до 1,5% хрома и кремния. Используется для метчиков, плашек, фрез и сверл. Отличается высокой прочностью, сопротивлением ударам и изгибу, но предназначена для обработки холодных поверхностей.

Покрытия метчиков

Твердость поверхности зависит не только от того, из какого материала метчик, но и от дополнительной обработки и покрытий.

Дополнительная обработка метчиков

Химико-термическая обработка улучшает механические свойства инструмента без изменения его геометрии.

• Азотирование увеличивает твердость и жаростойкость. В процессе обработки поверхность насыщается азотом и становится устойчивой к истиранию. Метчики с азотированием эффективны при работе с абразивными и твердыми материалами, например, с алюминиевыми сплавами с высоким содержанием кремния.
• Цианирование — насыщение поверхности азотом и углеродом. Повышает износостойкость и уменьшает вероятность сколов. Такое покрытие актуально для обработки конструкционных и легированных сталей.
• Сульфидирование улучшает скольжение и предотвращает заклинивание инструмента. На поверхности образуется слой с низким коэффициентом трения, который облегчает удаление стружки. Подходит для материалов с высокой адгезией, например, мягких алюминиевых сплавов.

Титановые покрытия метчиков

Покрытия на основе нитрида титана обеспечивают защиту от перегрева и механического износа. Они снижают трение между инструментом и материалом, увеличивают скорость работы и продлевают ресурс метчиков.

• TiN (нитрид титана) — золотистое покрытие, повышающее износостойкость и термостойкость до 600°С. Улучшает скольжение и предотвращает налипание стружки. Это полезно при нарезании резьбы в углеродистых и легированных сталях.
• TiAIN (нитрид титана с алюминием) — серо-фиолетовый слой с термостойкостью до 800°С. Обеспечивает защиту при работе без охлаждения. Он незаменим для обработки жаропрочных и нержавеющих сталей, а также алюминиевых сплавов с высокой твердостью.
• TiCN (карбонитрид титана) — серо-голубое покрытие с термостойкостью до 400°С. Улучшает сопротивляемость нагрузкам, но требует эффективного охлаждения, иначе инструмент быстро теряет свойства.
• TiAlN+WC/C (нитрид титана-алюминия с карбидом вольфрама) — двухслойное покрытие, которое сочетает термостойкость (до 800°С) с низким коэффициентом трения (0,2). Первый слой обеспечивает прочность, а второй действует как твердая смазка.

Воронение и оксидирование стали

Воронение (Vap) и оксидирование (Black) улучшают коррозионную стойкость и теплопроводность инструмента.

• В процессе воронения на поверхности образуется оксидная пленка, которая снижает трение и улучшает отвод стружки. Благодаря этому исключен перегрев, а стойкость инструмента повышается.
• Черная оксидная пленка защищает от ржавчины и продлевает срок службы метчиков, особенно при работе в условиях высокой влажности.

Правильно выбранный материал метчика для стали, дополнительная обработка, титановые покрытия, оксидные пленки — все это не просто продлевает срок службы инструмента, но и позволяет ему работать стабильнее и с меньшими затратами. Он не выйдет из строя раньше времени, а производственный процесс будет более предсказуемым.