Обрабатываемые материалы

Классификация материалов по стандартам ISO

Действующий стандарт ISO выделяет 6 групп обрабатываемых материалов.

• ISO P. Широкий спектр сталей, от низко- до высоколегированных. В категорию входят высокопрочные и литейные сплавы.
• ISO M. Нержавеющие стали аустенитного класса, ферритные и мартенситные сплавы. Отличительная особенность данной группы – высокая температурная стойкость.
• ISO K. Ковкие и серые чугуны. Категория также включает чугуны с шаровидным графитом и чугуны с карбидом кремния. Последние отличаются высокими абразивными свойствами, оказывают интенсивное воздействие на инструмент во время обработки.
• ISO N. Цветные металлы, представленные медью, латунью, алюминием и т.д. Некоторые материалы содержат кремний и прочие присадки. Они повышают износ инструмента во время обработки заготовок.
• ISO S. Группа жаропрочных сплавов на базе никеля, кобальта и титана. Материал обладает стойкостью к деформирующему упрочнению, на порядок сложнее в обработке в сравнении с заготовками класса ISO M.
• ISO H. Заготовки с повышенной твердостью, представленные закаленными сталями. Продукция предъявляет максимальные требования к износостойкости используемого инструмента. Твердость обрабатываемого материала – от 45 до 65 HRc.

Обрабатываемые материалы по ISO дополнены отдельной группой без классификации. Она включает полимерные заготовки, армированные стекло- и углеродным волокном, графит и твердый каучук..

Рис. 1 Полимеры, армированные углеродным волокном (GFRP)

Кодификация МС

Материалы, обрабатываемые резанием, ковкой, температурой и т.д. кодифицируются при помощи системы МС. Она позволяет передать информацию о группе продукта, его типе, методе получения заготовки и прочих параметрах.

Пример расшифровки кода МС

P1.2.Z.AN, где:
• Р – код ISO, соответствующий ISO P;
• 1 – основная группа материала, в данном случае нелегированная сталь;
• 2 – подгруппа, стали с содержанием углерода от 0,25 до 0,55%;
• AN – метод обработки, соответствующий отжигу.

Сведения, перечисленные в маркировке МС, позволяют подобрать легко обрабатываемый материал для целевых нужд, упрощают организацию производственных процессов.

Рис. 2 Маркированный металлопрокат

Обрабатываемость материала

Обрабатываемые в производстве материалы подбираются с учетом трех факторов.

• Химический состав. Его влияние на эксплуатационные характеристики заготовки.
• Геометрия режущей кромки, подходящая для использования.
• Материал, из которого выполнен режущий инструмент.

Построение технологических процессов с учетом перечисленных параметров обеспечивает высокую эффективность промышленных операций, минимизирует финансовые и временные потери.

Рис. 3 Обработка металла резанием в соответствии с технологической картой

Стали ISO P

В категорию ISO P входят 3 группы сталей. Каждая из них имеет соответствующее обозначение в системе МС:

• Р 1.1 – 1.5 – нелегированные сплавы;
• Р 2.1 – 2.6 – низколегированные сплавы;
• Р 3.0 – 3.2 – сплавы с высокой степенью легирования.

Нелегированные сплавы содержат менее 0,8% углерода, не имеют усиливающих добавок в своем составе. Легированные стали включают до 1,7% углерода, при этом могут быть усилены никелем, хромом, молибденом, ванадием и прочими элементами. Количество легирующих компонентов в низколегированных сталях – до 5%, в высоколегированных – более 5%.

Особенности обработки

Группа обрабатываемых материалов ISO P обладает следующими особенностями.

• Удобство обработки зависит от состава материала. Большое количество легирующих элементов увеличивает сложность проведения работ и требования к применяемому инструменту.
• Процесс стружкодробления не требует сложного контроля.
• Низкоуглеродистые стали обладают повышенной вязкостью, обрабатываются использованием острых кромок.

Удельная сила резания варьируется от 1 400 до 3 100 Н/мм2.

Изготавливаемая продукция

Из нелегированной стали производятся оси, трубы и валы. Прокат из данного материала востребован при изготовлении сварных конструкций различных типов.

Рис. 4 Трубы из нелегированной стали ISO P

Использование низколегированной стали позволяет изготовить сосуды, работающие под давлением, и компоненты, эксплуатируемые при высоких температурах. На основе материала выпускаются кованые элементы для автомобильной промышленности: шарниры, ступицы, шестерни и т.д.

Рис. 5 Сосуды из низколегированной стали, работающие под давлением

При помощи высоколегированных сплавов изготавливаются штамповки, формы и режущий инструмент. Наиболее яркий пример – сверла по металлу HSS.

Рис. 6 Сверла по металлу HSS

Стали ISO M

Стали ISO M делятся на три группы. Для каждой из них предусмотрено собственное обозначение в системе МС:

• Р 5.0 – 5.1 – нержавеющие стали ферритного и мартенситного типа;
• М 1.0 – 2.0 – нержавеющие стали аустенитного типа;
• М 3.41 – 3.42 – дуплексные нержавеющие стали.

Основным компонентом материала является железо. В роли присадки, обеспечивающей коррозионную стойкость, выступает хром (его массовая доля превышает 12%).Также возможно добавление никеля, молибдена, титана и прочих легирующих элементов, повышающих устойчивость к коррозии.

Особенности обработки

Специфика обработки нержавеющих сталей ISO M.

• При воздействии режущего инструмента на материал образуется длинная стружка.
• Большое количество легирующих элементов существенно ухудшает обрабатываемость.
• Необходимость использования инструмента с повышенной устойчивостью к износу.
• Допускается добавление серы для улучшения обрабатываемости сплава.

Рекомендуемые показатели удельной силы резания – от 1 800 до 2 850 Н/мм2.

Изготавливаемая продукция

Стали ферритного и мартенситного типа часто используются при производстве валов водяных турбин, компонентов насосов, и нагревательных элементов. Приемлемая стоимость и высокие эксплуатационные характеристики обеспечили широкую область применения материала.

Рис. 7 Вал насоса из мартенситного сплава

Аустенитные стали используются в пищевой, химической и целлюлозно-бумажной промышленности. На их основе выпускаются отдельные элементы самолетов.

Рис. 8 Промышленная емкость из аустенитной стали

Из дуплексных сталей производятся компоненты, взаимодействующие с кислотой и хлором. Продукция устойчива к химической коррозии обладает длительным сроком службы.

Рис. 9 Фланцы из дуплексной стали

Чугуны ISO K

• К 1.1 – 1.2 – ковкий чугун;
• К 2.1 – 2.3 – серый чугун;
• К 3.1 – 3.5 – чугун с шаровидным графитом;
• К 4.1 – 4.2 – чугун с вермикулярным графитом;
• К 5.1 – 5.3 – ковкий чугун после отпуска.

Продукция отличается повышенным содержанием углерода (более 2,14%). Она устойчива к абразивному и температурному воздействию, обладает повышенной хрупкостью. В сплав может добавляться молибден, ванадий и хром. Это улучшает эксплуатационные свойства чугуна, но снижает показатели обрабатываемости.

Особенности обработки

Обработка чугуна ISO K имеет ряд особенностей.

• Образование короткой и ломкой стружки, дробление которой хорошо контролируется.
• Риск абразивного износа инструмента, особенно при работе на высоких скоростях.
• Процесс обработки не предполагает использование смазывающей и охлаждающей жидкости.

Удельная сила резания для чугунов – от 790 до 1 350 Н/мм2.

Изготавливаемая продукция

На базе чугунов нередко изготавливаются фитинги для канализационных сетей. Они просты в монтаже, обладают приемлемой ценой и длительным сроком службы.

Рис. 10 Чугунный фитинг для канализации

Чугуны широко используются для изготовления блоков двигателей, с их помощью выпускаются головки блоков цилиндров и дисковые тормоза. Перечисленная продукция обладает повышенной устойчивостью к температурному воздействию.

Рис. 11 Чугунный блок цилиндров

Цветные металлы ISO N

Цветные металлы ISO N – это обширная категория материалов, включающая следующие продукты:

• алюминиевые сплавы, содержащие не более 13% кремния;
• композитные решения Al + SiC;
• сплавы на основе магния;
• медь и ее сплавы с содержанием основного материала не менее 99,95%;
• бронза, содержащая до 14% олова или до 10% алюминия;
• латунь, содержащая до 40% цинка.

Каждая группа имеет собственные развернутые обозначения. Они прописаны в таблице, сопровождающей стандарт.

Особенности обработки

Обработка материалов категории ISO N выполняется с учетом следующих факторов.

• В ходе работ образуется длинная стружка.
• Умеренная потребность в мощности оборудования.
• При обработке алюминия, содержащего свыше 12% кремния, увеличивается интенсивность абразивного воздействия.

Для выполнения работ достаточно удельной силы резания на уровне 350 – 700 Н/мм2.

Изготавливаемая продукция

Сплавы цветных металлов ISO N получили широкое распространение в промышленности. На базе алюминия выпускаются компоненты для авиастроения, судов и высокоточного оборудования. Сплавы незаменимы при изготовлении радиаторов и корпусов коробок передач.

Рис. 12 Корпус КПП на основе алюминиевого сплава

Из латуни изготавливают запорную арматуру для бытовых и производственных нужд. Продукция используется в напорных сетях, не подвержена коррозионному поражению.

Рис. 13 Латунный шаровой кран

Жаропрочные сплавы и титан ISO S

В группу ISO S входит технический титан и жаропрочные сплавы. Система МС предусматривает следующую маркировку:

• S 1.0 – 3.0 – жаропрочные сплавы;
• S 4.1 – 4.4 – титан.

Жаропрочные сплавы производятся из никеля, кобальта и железа. В них могут добавляться легирующие элементы, увеличивающие устойчивость к коррозии и высоким температурам.

Жаропрочные сплавы и титан ISO S

• Термическая обработка оказывает особенно сильное влияние на материал.
• При воздействии на заготовку режущего инструмента образуется сегментированная стружка, работать с которой не всегда удобно.
• Режущему оборудованию необходимо прикладывать значительные усилия для достижения требуемого качества обработки.

Рекомендуемая удельная сила резания – от 2 400 до 3 100 Н/мм2 для жаропрочных сталей и от 1 300 до 1 400 Н/мм2 для титана.

Изготавливаемая продукция

Из жаропрочных сплавов изготавливаются турбины для самолетов, оборудование для нефтяной промышленности, медицинские имплантаты и турбины для автомобилей.

Рис. 14 Корпус турбины из жаропрочного сплава

При помощи титана выпускается продукция, работающая в агрессивных средах. Материал востребован при изготовлении обессоливающих камер, компонентов реактивных двигателей и емкостей для хранения реагентов.

Рис. 15 Титановые емкости для реагентов

Закаленные стали ISO H

Закаленные сплавы прошли комплексную термическую обработку, что увеличило их твердость до 45 – 68 HRc. Продукция представлена цементированными, шарикоподшипниковыми и индустриальными сталями.

Особенности обработки

Обработка материалов линейки ISO H имеет ряд особенностей.

• Удовлетворительный контроль над стружкообразованием.
• Повышенная химическая стабильность основного материала.
• Сохранение свойств при высоких температурах.
• Значительная твердость, предъявляющая повышенные требования к инструменту.

Необходимая удельная сила резания – от 2 250 до 4 870 Н/мм2.

Рис. 16 Сверла для закаленной стали

Изготавливаемая продукция

Из закаленной стали производятся надежные и долговечные теплообменники. Они устойчивы к перепадам температур, обладают прекрасной теплоотдачей.

Рис. 17 Теплообменный модуль из закаленной стали

Также из закаленного сплава выпускают режущий инструмент. Продукция подходит для бытового и профессионального использования, сохраняет заточку при интенсивной эксплуатации.

Рис. 18 Ножи из закаленной стали

Цветовая терминология PMKNSH

Терминология PMKNSH позволяет определить параметры материала согласно присвоенному цвету. Для работы по данной методике созданы специальные таблицы. Они содержат порядковые номера, расшифровку и дополнительную информацию, востребованную при работе со сплавами.

Для ознакомления с развернутой таблицей PMKNSH перейдите по ссылке с таблицей.