красностойкость быстрорежущих сталей что это
Быстрорежущие стали
Статья подготовлена для публикации в Википедии
Подробнее см. Учебник А.П.Гуляева Металловедение.
Быстрорежущие стали предназначены для изготовления режущего инструмента, работающего при высоких скоростях резання.
Быстрорежущая сталь должна обладать высоким сопротивлением разрушению, твердостью (в холодном состоянии и горячей) и красностойкостью.
Высоким сопротивлением разрушению и твердостью в холодном состоянии обладают и углеродистые инструментальные стали. Однако инструмент из них не в состоянии обеспечить высокоскоростные режимы резания. Легирование быстрорежущих сталей вольфрамом, молибденом, ванадием и кобальтом обеспечивает горячую твердость и красностойкость стали.
Характеристики быстрорежущих сталей
Горячая твердость
 |
| Рис. 1. Твердость инструментальных сталей при повышенных температурах |
На рис. 1 приведены кривые, характеризующие твердость углеродистой и быстрорежущей инструментальных сталей при повышенных температурах испытаний. При нормальной температуре твердость углеродистой стали даже несколько выше твердости быстрорежущей стали. Однако, в процессе работы режущего инструмента, происходит интенсивное выделение тепла. При этом до 80 % выделившегося тепла уходит на разогрев инструмента. Вследствие повышения температуры режущей кромки начинается отпуск материала инструмента и снижается его твердость.
После нагрева до 200 °С твердость углеродистой стали начинает быстро падать. Для этой стали недопустим режим резания, при котором инструмент нагревался бы выше 200 °С. У быстрорежущей стали высокая твердость сохраняется при нагреве до 500 ÷ 600 °С. Инструмент из быстрорежущей стали более производителен, чем инструмент из углеродистой стали.
Красностойкость
Если горячая твердость характеризует то, какую температуру сталь может выдержать, то красностойкость характеризует, сколько времени сталь будет выдерживать такую температуру. Т.е. насколько длительное время закаленная и отпущенная сталь будет сопротивляться разупрочнению при разогреве.
Существует несколько характеристик красностойкости. Приведем две из них.
Первая характеристика показывает, какую твердость будет иметь сталь после отпуска при определенной температуре в течение заданного времени (см. Таблицу 1).
Характеристики теплостойкости углеродистых и красностойкости быстрорежущих инструментальных сталей [2]
Второй способ охарактеризовать красностойкость основан на том, что интенсивность снижении горячей твердости можно измерить не только при высокой температуре, но и при комнатной так как кривые снижения твердости при высокой температуре и комнатной идут эквидистантно, а измерить твердость при комнатной температуре, разумеется, гораздо проще, чем при высокой. Опытами установлено, что режущие свойства теряются при твердости 50 HRC при температуре резання, что соответствует примерно 58 HRC при комнатной. Отсюда красностойкость характеризуется температурой отпуска, при которой за 4 часа твердость снижается до 58 HRC (обозначение K 4 р58).
Сопротивление разрушению
Кроме «горячих» свойств от материала для режущего инструмента требуются и высокие механические свойства; под этим подразумевается сопротивление хрупкому разрушению, так как при высокой твердости (> 60 HRC) разрушение всегда происходит по хрупкому механизму. Прочность таких высокотвердых материалов обычно определяют как сопротивление разрушению при изгибе призматических, не надрезанных образцов, при статическом (медленном) и динамическом (быстром) нагружении. Чем выше прочность, тем большее усилие может выдержать рабочая часть инструмента, тем большую подачу и глубину резания можно применить, и это увеличивает производительность процесса резания.
Принципы легирования быстрорежущих сталей
Высокая твердость мартенсита объясняется растворением углерода в α-железе. Известно, что при отпуске из мартенсита в углеродистой стали выделяются мельчайшие частицы карбида. Пока выделившиеся карбиды еще находятся в мельчайшем дисперсном рассеянии (т.е. на первой стадии выделения при отпуске до 200 °С), твердость заметно не снижается. Но если температуру отпуска поднять выше 200 °С, происходит рост карбидных выделений, и твердость падает.
Чтобы сталь устойчиво сохраняла твердость при нагреве, нужно ее легировать такими элементами, которые затрудняли бы процесс коагуляции карбидов. Если ввести в сталь какой-нибудь карбидообразующий элемент в таком количестве, что он образует специальный карбид, то красностойкость скачкообразно возрастает. Это обусловлено тем, что специальный карбид выделяется из мартенсита и коагулирует при более высоких температурах, чем карбид железа, так как для этого требуется не только диффузия углерода, но и диффузия легирующих элементов. Практически заметная коагуляция специальных карбидов хрома, вольфрама, молибдена, ванадия происходит при температурах выше 500 °С.
Таким образом, красностойкость создается легированием стали карбидообразующими элементами (вольфрамом, молибденом, хромом, ванадием) в таком количестве, при котором они связывают почти весь углерод в специальные карбиды и эти карбиды переходят в раствор при закалке. Несмотря на сильное различие в общем химическом составе, состав твердого раствора очень близок во всех сталях, атомная сумма W+Mo+V, определяющая красностойкость, равна примерно 4 % (атомн.), отсюда красностойкости и режущие свойства у разных марок быстрорежущих сталей близки. Быстрорежущая сталь, содержащая кобальт, превосходит по режущим свойствам остальные стали (он повышает красностойкость), но кобальт очень дорогой элемент.
Маркировка быстрорежущих сталей
Из истории создания и развития быстрорежущих сталей
Для обточки деталей из дерева, цветных металлов, мягкой стали резцы из обычной твердой стали были вполне пригодны, но при обработке стальных деталей резец быстро разогревался, скоро изнашивался и деталь нельзя было обтачивать со скоростью больше 5 м/мин.
Спустя сорок лет на рынке появилась быстрорежущая сталь американских инженеров Тэйлора и Уатта. Резцы из этой стали допускали скорость резания до 18 м/мин. Эта сталь стала прообразом современной быстрорежущей стали Р18.
В 70-х годах XX века, в связи с дефицитом вольфрама, быстрорежущая сталь марки Р18 была почти повсеместно заменена на сталь марки Р6М5, которую в свою очередь пытаются заменить безвольфрамовыми Р0М5Ф1 и Р0М2Ф3 [1].
Химический состав некоторых быстрорежущих сталей, %
Web-сайт “Термист” (termist.com)
Термомеханическое упрочнение арматурного проката
Отсутствие ссылки на использованный материал является нарушением заповеди «Не укради»
Быстрорежущие стали (быстрорез): марки, свойства, маркировка
Для того чтобы рабочая поверхность инструмента сохраняла заданные свойства длительное время, необходимо использование специальных сплавов и сталей для изготовления таких элементов. На сегодняшний день детали режущего инструмента производятся из твердых сплавов, инструментальных марок стали. Для фрез, резцов, зубил используется в основном быстрорежущая сталь.
Основные требования к сплавам для режущего инструмента
Детали такого типа длительное время работают в условиях трения и повышенных температур. Однако рабочая поверхность должна сохранять свои свойства, обладать высокой износостойкостью и твердостью. При больших скоростях, которые набирает инструмент в процессе резанья, нагревается и его кромка, и сама деталь, и стружка.
Поэтому основная характеристика, которой должна обладать быстрорежущая сталь – теплостойкость. Для труднообрабатываемых материалов используют порошковые быстрорежущие стали. Они имеют более высокие режущие свойства. Недостатком таких сплавов является затруднительная обработка заготовок.
Все необходимые характеристики достигаются путем введения определенных легирующих элементов и специальной термической обработкой.
Маркировка стали
Быстрорежущая сталь маркируется буквой Р, которая ставится впереди. Основными легирующими элементами являются вольфрам, хром. Также дополнительно вводят такие элементы, как ванадий, молибден. Цифра после буквы Р указывает процентное содержание вольфрама в стали.
Как правило, в состав быстрорежущей стали входит около 4% хрома. Данный элемент в маркировке не указывается. Если цифры стоят перед буквой Р, то они указывают на процентное содержание углерода (например, сталь 11Р3АМ3Ф2 содержит 1,1% углерода).
В основном стали данной группы являются высоколегированными.
Влияние легированных элементов на свойства стали
Высокую теплостойкость быстрорежущих марок стали обеспечивают вольфрам, молибден. На их основе образовываются карбиды, которые частично переходят в твердый раствор. После термообработки обеспечивается структура мартенсита. Вольфрам, молибден, а также ванадий замедляют его распад.
Именно это обеспечивает необходимую красностойкость. Продолжительное время использовалась быстрорежущая сталь, легированная только вольфрамом. Однако из-за дефицитности данного металла его начали частично заменять молибденом.
Этот элемент также положительно влияет на склонность вольфрамовых марок стали к карбидной неоднородности. Наиболее твердый карбид образовывает ванадий. Однако при этом содержание углерода должно быть достаточным для большего насыщения твердого раствора.
Чем больше вводится ванадия, тем больше должно быть углерода в составе сплава. Основная задача хрома – придание стали высокой прокаливаемости. Красностойкость также повышает и кобальт.
Быстрорежущая сталь (твердость при легировании данным элементом повышается до 70 HRC) в данном случае будет иметь пониженную прочность. Стоит отметить, что введение хрома широко не применяется из-за большой стоимости элемента.
Термообработка быстрорежущей стали
Данные марки стали поступают в состоянии ковки (температура около 1200 °С). Производится нагрев до 860 °С, затем металл выдерживается при температуре около 760 °C. Термическая обработка инструмента включает закалку и отпуск. Стоит отметить, что такая обработка имеет свои особенности. Во-первых, необходим медленный, постепенный нагрев.
Так как сталь высоколегированная, ее теплопроводность довольно низкая, стремительное нагревание может привести к образованию трещин. При этом очень важно нагревать заготовку равномерно. Используются электрические печи, соляные ванны.
Процесс обработки быстрорежущей стали довольно трудоемкий, он требует четкого соблюдения всех этапов технологического процесса.
Закалка стали для режущего инструмента
Главная задача закалки – растворение карбидов в аустените. Как правило, карбиды на основе вольфрама и хрома растворяются при 1200 °С, ванадий требует более высоких температур. После данного этапа структура имеет избыточные (те, что не растворились) карбиды. Они сдерживают рост зерна.
Высокие температуры обеспечивают мелкозернистый аустенит. Охлаждение происходит в масле или расплаве солей. Температура по сечению детали выравнивается. Такая обработка быстрорежущей стали позволяет избежать появления трещин.
После закалки сталь имеет следующую структуру: мартенсит, остаточный аустенит, карбиды.
Отпуск быстрорежущей стали
Отпуск стали способствует превращению мартенсита закалки в мартенсит отпуска, аустенита в мартенсит (так как первый не обладает достаточной твердостью), снятию остаточных напряжений. Как правило, термическая обработка быстрорежущей стали включает многократный отпуск.
Начинается данный процесс при температуре 150 °С. Далее при 550 °С происходит дисперсионное твердение (выделяются карбиды из твердого раствора). В результате возрастает твердость сплава.
Более высокие температуры отпуска нежелательны, так как будет происходить процесс распада мартенсита, и, соответственно, снижение твердости. Вольфрамовые стали после единичного отпуска имеют в составе остаточный аустенит. Полностью он превращается в мартенсит при втором отпуске.
Остаточные напряжения снимаются в процессе третьего отпуска. Стали с содержанием кобальта могут подвергаться отпуску и в четвертый раз.
Нарушение технологии термообработки
Снижение количества углерода на поверхности заготовки может быть следствием плохой расскисленности соляной ванны, а также перегрева при аустенизации. Превышение температуры ведет к оплавлению границ зерна. Также обработанная деталь может иметь трещины.
Такое явление возникает из-за быстрого нагрева металла. Еще одна причина – ускоренное охлаждение. Низкое значение твердости может быть следствием недостаточного легирования структуры мартенсита, нарушением температурного режима при отпуске, при котором остается остаточный аустенит.
Еще один возможный дефект заготовки – нафталинистый излом.
Наиболее распространенные марки быстрорежущей стали
Быстрорежущая сталь (ГОСТ 19265-73) делится на сплавы нормальной и повышенной теплостойкости. Первая группа включает такие марки, как Р18, Р6М5. Твердость их достигает 63 HRC. Основное их предназначение – обработка чугунов, медных, алюминиевых сплавов. Более высокой теплостойкостью обладают вольфрамовые стали.
Их применяют для изготовления сверл, фрез, резцов. Сталь Р6М5, которая содержит молибден, немного уступает в режущих свойствах, однако она существенно дешевле. К тому же пластичность ее несколько выше, а склонность к образованию трещин не столь высока. Более теплостойкие стали имеют в составе ванадий и кобальт (10Р6М5, Р9Ф5).
Их твердость досягает 66 HRC. Используются они для обработки более прочных конструкционных сталей, жаропрочных сплавов, при изготовлении чистового инструмента. Характерно, что данные марки имеют более высокую износостойкость (благодаря наличию в составе ванадия). В последнее время все чаще применяется метод порошковой металлургии.
Такие инструменты имеют более высокие режущие свойства.
Сталь Р6М5: расшифровка, характеристики и применение
Быстрорежущие стали обладают высокой прочностью, что позволяет использовать их для обработки твердых материалов.
При этом скорость работы режущих, шлифовальных, сверлильных установок превосходит те, что можно добиться, применяя детали из инструментальной стали.
Особое место в технике для быстрорежущих образцов нашлось при изготовления резьбонарезного инструмента, особенно работающего с ударными нагрузками.
В общем случае, под быстрорезами подразумевается легированная сталь, состав которой может содержать следующие химические элементы:
Примерно такой химический состав имеет быстрорез Р6М5. Изделия из подобных сплавов не только тверды, но также имеют красностойкость и горячую твердость, обладают вязкостью. Они, несмотря на склонность к обезуглероживанию, гарантируют относительно длительный срок эксплуатации в составе деталей оборудования.
Расшифровка — что обозначают символы маркировки?
Каков же смысл аббревиатуры Р6М5 – расшифровки стали по буквам? Такие обозначения оказались наследием советских времен.
Буква «Р» — это обозначение быстрорежущих сталей. Слово взято из транскрипции английского «rapid»», переводящегося, как «быстрый».
Цифра за буквой «Р» обозначает процентное содержание в сплаве вольфрама. Для описываемой марки оно колеблется в районе 6% с небольшими отклонениями.
Далее идет буква «М», обозначающая присутствие в сплаве молибдена. Параметр, стоящий рядом – доля присутствия вещества в составе.
Кроме Mo, быстрорежущие стали могут содержать в своей маркировке такие обозначения: «К» — кобальт, «Ф» — ванадий, «Т» — титан, «Ц» — цирконий.
Анализируя далее аббревиатуру Р6М5, расшифровка стали может включать дополнительные буквы. Если металл получили путем электрошлакового переплава, появляется номенклатура «Ш» (Р6М5-Ш).
С внедрением новых технологий Р6М5 расшифровка стала встречаться и в такой интерпретации, Р6АМ5. Это означает легирование азотом, которое происходит на этапе охлаждения сплава после разогрева его до температуры закаливания (подробнее ниже).
Такую сталь используют при изготовлении фрезерных кругов.
Сверло японской фирмы Nachi из стали HSS
Импортные аналоги быстрорезов маркируют, как HSS, что означает High Speed Steel, в буквальном переводе, это высокоскоростная сталь, а аналоги Р6М5 это стали:
Гост и ту стали р6м5
Сталь Р6М5 описывается сразу несколькими ГОСТ и ТУ. В каждом из них содержатся изделия и технические требования к ним. Несмотря на переход металлопроката на твердые сплавы, Р6М5 характеристики удерживают эту марку в поле зрения многих сталелитейных производств. Все еще остаются востребованными следующие изделия, описанные соответствующими ГОСТами или ТУ:
Этих стандартов придерживаются и до сих пор на многих предприятиях России.
Сталь Р6М5 характеристики
Основные свойства металла подобной марки – это: повышенная вязкость, хороший уровень сопротивления износу, приемлемая степень шлифуемости. Также следует учитывать факт, что подобная сталь обладает повышенной склонностью к обезуглероживанию.
Как результат, металл этой марки применяется при производстве практически всех видов режущего инструмента, используемого под обработку углеродистых легированных конструкционных сталей. В частности металл Р6М5 востребован для дробеструйной обработки.
Он используется при изготовлении резьбонарезного инструмента или оснастки, работающей с ударными нагрузками.
В химический состав стали Р6М5 входят, кроме вышеперечисленных углерода и молибдена, такие элементы:
Сталь вольфрамово-молибденовой серии, таково альтернативное наименование марки быстрорежущего металла Р6М5, способна сохранять присущие ей свойства при высоких температурах.
Как пример, можно привести тот факт, что после термообработки твердость металла остается такой же, как у Р18. Более того, его прочность на изгиб достигает 4700 МПа.
Превышает сталь Р6М5 марку Р18 и по таким характеристикам, как ударная вязкость или термопластичность. При этом в количественном отношении превосходство составляет 50%.
Перечисленные свойства стали этой марки обусловили ее промышленное применение, как металла, используемого для резки в условиях повышенных температур.
Еще одна отличительная особенность стали Р6М5 – этот металл прекрасно держит заточку. В частности предпочтительнее использовать для этих целей быстрорез, чем нержавейку.
К тому же сталь Р6М5 прекрасно справляется с ударными нагрузками, что делает ее востребованной в производстве сверл, развертки и кранов.
Трудности закалки быстрорежущей стали
Термообработка Р6М5 имеет ряд особенностей, связанных со свойством этой марки к обезуглероживанию, а также длительностью нагрева под закалку. Чтобы достичь 1230 градусов по Цельсию (температура закалки Р6М5) затрачивается времени на четверть больше, чем для марки Р18. Сначала делают отпуск при 200 и 300 градусах с выдержкой по часу. Дальнейшая обработка проходит в три этапа:
Далее металл охлаждают для получения неравновесного состояния в селитре, масле и на воздухе. В последующей обработке применяют троекратный отпуск при температуре 560 градусов, с выдержкой по 1.
5 часа. Удерживать кислород позволяет метод раскиления ванн бурой и фтористым магнием.
На этапах отпуска в сплав добавляют легирующие элементы, образующие карбиды, что придает изделиям высокую прочность.
Несмотря на то, что закалка важный этап при изготовлении прочных сортов металлических сплавов, необходимым остается предварительный отжиг стали. Он способствует избавлению от эффекта повышенной хрупкости металла при высоких прочностных качествах.
Смотрите видео: закалка стали р6м5 в домашних условиях
Изделия нашедшее место в быту и на производстве
Сталь Р6М5, ее характеристики и применение для ножей. Это довольно распространенный предмет в быту, имеется ряд его производителей с мировым брендом, например, Rapid.
В интернете присутствует множество видео с экспериментами, где используются ножи из стали марки Р6М5. Действительно они хорошо перерезают такие вещи: веревки, древесину, соответственно мясо с костями, прочее.
Самый яркий эксперимент связан с попыткой разрезать ножом Р6М5 металлическую пластину толщиной в несколько мм, получилось.
Заготовки ножей из стали р6м5 — эта сталь очень популярна в быту
Следует добавить, быстрорежущая сталь Р6М5 не имеет склонности к легкому точению. Поэтому довольно часто владельцы ножей жалуются на невозможность наточить его.
Во всяком случае бытовыми точилками этого сделать не получится.
Видимо поэтому изделия из Р6М5 редко встречаются именно в быту, их чаще можно увидеть, как подсобный инструмент среди слесарного инвентаря или у заядлых рыбаков, охотников.
Почти в каждом доме можно встретить бытовой электроинструмент. Вспомогательные элементы (оснастка) к нему могут изготавливаться, как раз из быстрорезов.
Сверло Р6М5 используют в производстве бытовых инструментов, предназначенных для выполнения ремонтных работ. Дополнительно, существует мнение, что сверлить закаленное железо лучше маркой Р6М5К5. Кроме того, встречаются такие разновидности сверла:
Несмотря на выше отмеченный комментарий, сверло по металлу Р6М5 также довольно распространенный инструмент. Из р6м5 делают зенковки, коронки, конические машинные развертки, буры, резцы долбежные, полотна ножовочные.
Как точить изделия быстрорезы
Подобная продукция подвержена износу и затуплению.
Зная сталь Р6М5, характеристики и ее применение, можно предположить, что обычные шлифовальные круги из электрокорунда не смогут справиться с задачей, что, собственно, подтверждается практикой.
Поверхность, подвергнутая заточке, остается шероховатой, а режущие качества уже не приближаются к первоначальным. Поэтому для возвращения товарных свойств рекомендуют отдавать изделия в заточку, где применяются круги из эльбора.
Стоимость металла в продукции
Купить Р6М5 в готовых изделиях несложно, однако стоимость сплава достаточно высока. Приведем небольшой прайс-лист изделий из стали этой марки. Так круг инструментальный, в зависимости от толщины: 2, 5 или 16 мм, стоит 1350, 1200, 600 рублей за килограмм, соответственно. Стоимость полосы инструментальной чуть ниже и составляет 620 рублей за килограмм.
Несомненно, цены на металл марки Р6М5 в продукции могут варьироваться, поэтому приведенные цифры стоит воспринимать относительно, только, чтобы определить уровень стоимости сплава.
С другой стороны, высокие расценки на быстрорез, делают металл достаточно популярным при сбыте металлолома (см. лом быстрореза). Стоимость вторичной быстрорежущей стали существенно превосходит аналоги обычных марок металла.
Альтернативно, изделия из сплава Р6М5, отслужившие свой эксплуатационный ресурс, могут использоваться как деловой лом, с более высокой стоимостью.
Быстрорежущие стали
Существует огромное количество различных металлов, которые обладают своими определенными достоинствами и недостатками. Быстрорежущие стали зачастую применяются для изготовления инструментов, которые должны обладать повышенной прочностью, некоторых ответственных деталей. Рассмотрим особенности этого сплава подробнее.
Характеристики быстрорежущих сталей
Быстрорежущие стали – сплавы, которые имеют достаточно большое количество легированных добавок. За счет добавления различных химических веществ свойства металла серьезно меняются.
Рассматривая характеристики следует отметить, что материал подобного типа специально создается для эксплуатации при высоком показателе трения, который возникает на момент резания.
Состав быстрорежущей инструментальной стали существенно повышает твердость металла, за счет чего он может работать на повышенной скорости.
Основные характеристики быстрорежущих сталей
Характеристики быстрорежущей стали следующие:
Именно химический состав быстрорежущей стали определяет ее основные эксплуатационные качества.
Классификация и маркировка быстрорежущих сталей
Все быстрорежущие стали классифицируются непосредственно по химическому составу, для чего проводится расшифровка маркировки. Инструментальные стали быстрорежущие делятся на следующие три группы:
При применении подобного металла получающаяся кромка не реагирует на механическое воздействие, по всей длине показатель твердости остается неизменным и металл не выкрашивается. Вышеприведенная классификация быстрорежущей стали определяет то, при какой скорости резания и подаче может использоваться сплав.
Состав быстрорежущих сталей различных марок
Рассматривая обозначение быстрорежущей стали следует уделить внимание тому, что первая буква для обозначения этой группы «Р». Цифра, которая идет первой в обозначении указывает процесс вольфрама в составе.
Далее могут идти буквы, обозначающие легирующие элементы.
Стоит учитывать, что расшифровка металла указывает на точное содержание определенных легирующих элементов, которые изменяют эксплуатационные качества материала.
Область применения различных марок быстрорежущих сталей
Рассматривая применение износостойкого металла следует уделить внимание тому, что конкретный состав металла определяет его эксплуатационные качества. Инструмент изготовленный из подобного металла может выдерживать длительную эксплуатацию.
Режущий инструмент из быстрорежущей стали
Область применения достаточно обширна:
Материал может использоваться для получения инструмента, который будет выдерживать высокую нагрузку.
Сегодня, при повсеместной установке станков с ЧПУ, режущий инструмент повышенной устойчивости является единственным выходом из сложившейся ситуации, когда высокие скорости обработки создают проблемы.
Для увеличения эксплуатационных качеств быстрорежущей стали могут применяться стандартные методы обработки. Однако при этом учитывается состав металла. Примером назовем то, что процесс закалки предусматривает нагрев среды до температуры, которая позволяет обеспечить условия для растворения различных примесей и добавок.
После того, как обработка быстрорежущей стали была завершена, в сплаве остается до 30% аустенита, что существенно повышает теплопроводность и твердость.
Для уменьшения показателя аустенита в структуре могут применяться две технологии:
Микроструктура быстрорежущей стали Р6М5: а) литое состояние; б) после ковки и отжига; в) после закалки; г) после отпуска
Кроме этого улучшение характеристик проводится следующим образом:
Сегодня часто встречается ситуация, когда поверхность обрабатывается паром, что позволяет существенно повысить характеристики поверхностного слоя. Зачастую дополнительная обработка проводится в случае, когда режущая кромка была полностью подготовлена.
Быстрорежущие инструментальные стали: марки, характеристики, маркировка
Такой материал, как быстрорежущие стали, отличается уникальными свойствами, что дает возможность использовать его для изготовления инструментов, обладающих повышенной прочностью. Характеристики сталей, относящихся к категории быстрорежущих, позволяют производить из них инструменты самого различного назначения.
Фрезы, метчики, развертки – типичные изделия, производимые из высококачественной быстрорежущей стали
Характеристики быстрорежущих сталей
К категории быстрорежущие стали относят сплавы, химический состав которых дополнен рядом легирующих добавок.
Благодаря таким добавкам сталям придаются свойства, позволяющие использовать их для изготовления режущего инструмента, способного эффективно работать на высоких скоростях.
Быстрорежущие инструментальные стали от обычных углеродистых сплавов как раз и отличает то, что инструмент, который из них изготовлен, может с успехом применяться для обработки твердых материалов на повышенных скоростях.
Фрезеровка детали на профессиональном гравировальном станке
К наиболее примечательным характеристикам, которыми отличаются быстрорежущие стали различных марок, нужно отнести следующие.
Характеристики и назначение быстрорежущих сталей
Расшифровка обозначения марок сталей
Изначально быстрорежущая сталь как материал для изготовления режущих инструментов была изобретена британскими специалистами.
С учетом того, что инструмент из такой стали может использоваться для высокоскоростной обработки металлов, этот материал назвали «rapidsteel» (слово «рапид» здесь как раз и означает высокую скорость).
Такое свойство данных сталей и придуманное им в свое время английское название послужили причиной того, что обозначения всех марок данного материала начинаются с буквы «Р».
Правила маркировки сталей, относящихся к категории быстрорежущих, строго регламентированы соответствующим ГОСТ, что значительно упрощает процесс их расшифровки.
Первая цифра, стоящая после буквы Р в обозначении стали, указывает на процентное содержание в ней такого элемента как вольфрам, который во многом и определяет основные свойства данного материала.
Кроме вольфрама быстрорежущая сталь содержит в своем составе ванадий, молибден и кобальт, которые в маркировке обозначаются, соответственно буквами Ф, М и К.
После каждой из такой буквы в маркировке стоит цифра, указывающая на процентное содержание соответствующего элемента в химическом составе стали.
Пример расшифровки марки быстрорежущей стали
В зависимости от содержания в составе стали тех или иных элементов, а также от их количества, все подобные сплавы делятся на три основных категории. Определить, к какой из категорий относится сталь, достаточно легко, расшифровав ее маркировку.
Итак, стали быстрорежущих марок принято разделять на следующие категории:
Определение разновидности стали по искре
Как уже говорилось выше, характеристики сталей, относящихся к категории быстрорежущих, преимущественно определяются содержанием в них такого элемента как вольфрам.
Следует иметь в виду, что если в быстрорежущем сплаве содержится слишком большое количество вольфрама, кобальта и ванадия, то по причине формирования карбидной неоднородности такой стали режущая кромка инструмента, который из нее изготовлен, может выкрашиваться под воздействием механических нагрузок.
Таких недостатков лишены инструменты, изготовленные из сталей, содержащих в своем составе молибден. Режущая кромка подобных инструментов не только не выкрашивается, но и отличается тем, что имеет одинаковые показатели твердости по всей своей длине.
Маркой стали для изготовления инструментов, к которым предъявляются повышенные требования по их технологическим характеристикам, является Р18. Обладая мелкозернистой внутренней структурой, такая сталь демонстрирует отличную износостойкость.
Преимуществом использования стали данной марки является еще и то, что при выполнении закалки изделий из нее они не перегреваются, чего не скажешь о быстрорежущих сплавах других марок.
По причине достаточно высокой стоимости инструментов, изготовленных из стали этой марки, ее часто заменяют на более дешевый сплав Р9.
Технические характеристики стали марки Р18
Достаточно невысокая стоимость стали марки Р9, как и ее разновидности — Р9К5, которая по своим характеристикам во многом схожа с быстрорежущим сплавом Р18, объясняется рядом недостатков данного материала. Наиболее значимым из них является то, что в отожженном состоянии такой металл легко поддается пластической деформации.
Между тем сталь марки Р18 также не лишена недостатков. Так, из данной стали не изготавливают высокоточный инструмент, что объясняется тем, что изделия из нее плохо поддаются шлифовке.
Хорошие показатели прочности и пластичности, в том числе и в нагретом состоянии, демонстрируют инструменты, изготовленные из стали марки Р12, которая по своим характеристикам также схожа со сталью Р18.
Свойства стали марки Р9К5
Методы производства и обработки
Для производства инструментов, изготавливаемых из быстрорежущих сплавов, используются две основные технологии:
Классическая технология, предполагающая проковку изделия из быстрорежущего сплава, которое предварительно было отлито в специальную форму, позволяет наделить такое изделие более высокими качественными характеристиками.
Подобная технология помогает избежать формирования карбидных ликваций в готовом изделии, а также дает возможность подвергнуть его предварительному отжигу и дальнейшей закалке. Кроме того, данная технология изготовления позволяет избежать такого явления, как «нафталиновый излом», которое приводит к значительному повышению хрупкости готового изделия, изготовленного из быстрорежущего сплава.
Закалка готовых инструментов, выполненных из быстрорежущего сплава, осуществляется при температурах, которые способствуют лучшему растворению в них легирующих добавок, но в то же время не приводят к росту зерна их внутренней структуры.
После выполнения закалки быстрорежущие сплавы имеют в своей структуре до 30% аустенита, что не самым лучшим образом сказывается на теплопроводности материала и его твердости.
Для того чтобы уменьшить количество аустенита в структуре сплава до минимальных значений, используются две технологии:
Улучшение характеристики изделий
Чтобы инструменты, изготовленные из быстрорежущих сплавов, обладали высокой твердостью, износостойкостью и коррозионной устойчивостью, их поверхность необходимо подвергнуть обработке, к методам выполнения которой относятся следующие.
Инструменты, изготовленные из быстрорежущих сплавов, также подвергают обработке паром, что позволяет улучшить характеристики их поверхностного слоя. Следует иметь в виду, что все вышеперечисленные операции выполняются с инструментом, режущая часть которого уже заточена, отшлифована и подвергнута термической обработке.
Маркировка быстрорежущих сталей
Все быстрорежущие стали обозначаются первой буквой Р (рапид — скорость), следующая цифра содержание вольфрама (буква В пропускается), затем указывается после букв М, Ф и К содержание молибдена, ванадия и кобальта.
При использовании быстрорежущих сталей распространенной ошибкой является подход к ней как к «самозакаливающейся стали». Т.е. достаточно нагреть сталь и охладить на воздухе, и можно получить твердый износостойкий материал.
Такой подход абсолютно не учитывает особенности высоколегированных инструментальных сталей.
Перед закалкой быстрорежущие стали необходимо подвергнуть отжигу. В плохо отожженных сталях наблюдается особый вид брака: нафталиновый излом, когда при нормальной твердости стали она обладает повышенной хрупкостью.
Грамотный выбор температуры закалки обеспечивает максимальную растворимость легирующих в α-железе, но не приводит к росту зерна.
После закалки в стали остается 25 ÷ 30 % остаточного аустенита. Помимо снижения твердости инструмента, остаточный аустенит приводит к снижению теплопроводности стали, что для условий работы с интенсивным нагревом режущей кромки является крайне нежелательным.
В обоих случаях добиваются существенного снижения количества остаточного аустенита, однако полностью избавиться от него не получается.
63. трорежущая сталь Р18 относится к быстрорежущим сталям нормальной производительности. Эта сталь, содержащая 18% вольфрама, долгое время была наиболее распространенной.
Инструменты, изготовленные из этой стали, после термической обработки имеют твердость HRC 62-65, красностойкость 600о С и достаточно высокую прочность. Сталь Р18 сравнительно хорошо шлифуется.
Существенным недостатком этой стали является большая карбидная неоднородность, особенно значительная в прутках большого сечения.
При увеличении карбидной неоднородности прочность стали снижается и при работе наблюдается выкрашивание режущих кромок инструмента и снижение его стойкости.
Большое количество избыточной карбидной фазы делает сталь Р18 более мелкозернистой, менее чувствительной к перегреву при закалке, более износостойкой.
Из стали Р18 могут изготовляться всевозможные инструменты, в том числе такие сложные как шеверы, долбяки, протяжки и др.
Сталь Р18 относится к быстрорежущим сталям нормальной теплостойкости. Быстрорежущие стали наиболее характерны для режущих инструментов.
Они сочетают высокую теплостойкость (500-650°С) в зависимости от состава и обработки) с высокими твердостью (до HRC 68-70), износостойкостью при повышенных температурах и повышенным сопротивлением пластической деформации.
Быстрорежущие стали позволяют повысить скорость резания в 2 — 4 раза по сравнению со скоростями, применяемыми при обработке инструментами из углеродистых и легированных инструментальных сталей. Быстрорежущие стали широко применяют для режущих инструментов, работающих в условиях значительного нагружения и нагрева рабочих кромок.
Инструмент из быстрорежущих сталей обладает достаточно высокой стабильностью свойств, что особенно важно в условиях гибкого автоматизированного производства.
Высокие режущие свойства быстрорежущих сталей обеспечиваются легированием сильными карбидообразующими элементами (вольфрамом, молибденом, ванадием), элементами, повышающими температуру ( ‘ )-превращения (кобальтом, алюминием), и применением специальной термической обработки, заключающейся в закалке с высоких температур (1200 — 1300 °С) и отпуске, вызывающем дисперсионное твердение. Для стали Р18 основным является карбид М6С (Fe3W3C). Для получения высоких теплостойкости и твердости достаточно большая доля распадающегося карбида должна быть переведена при закалке в твердый раствор (аустенит, мартенсит), что насыщает его углеродом, вольфрамом, молибденом, ванадием, хромом. Последующий отпуск при температурах 550-560 °C повышает твердость до максимальных значений вследствие выделения дисперсных, карбидов и распада остаточного аустенита.
64.Твёрдые сплавы — твёрдые и износостойкие металлические материалы, способные сохранять эти свойства при 900—1150 °C.
В основном изготовляются из высокотвердых и тугоплавких материалов на основе карбидов вольфрама, титана, тантала, хрома, связанные кобальтовой металлической связкой, при различном содержании кобальта или никеля. Различают спечённые и литые твёрдые сплавы.
Главной особенностью спеченных твердых сплавов является то, что изделия из них получают методами порошковой металлургии и они поддаются только обработке шлифованием или физико-химическим методам обработки (лазер, ультразвук, травление в кислотах и др), а литые твердые сплавы предназначены для наплавки на оснащаемый инструмент и проходят не только механическую, но часто и термическую обработку (закалка, отжиг, старение и др). Порошковые твердые сплавы закрепляются на оснащаемом инструменте методами пайки или механическим закреплением. Твердые сплавы различают по металлам карбидов, в них присутствующих: вольфрамовые — ВК2, ВК3,ВК3М, ВК4В, ВК6М, ВК6, ВК6В, ВК8, ВК8В, ВК10, ВК15, ВК20, ВК25; титано-вольфрамовые — Т30К4, Т15К6, Т14К8, Т5К10, Т5К12В; титано-тантало-вольфрамовые — ТТ7К12, ТТ10К8Б.Безвольфрамовые ТНМ20, ТНМ25, ТНМ30
Твердые сплавы в настоящее время являются распространенным инструментальным материалом, широко применяемым в инструментальной промышленности.
За счет наличия в структуре тугоплавких карбидов твердосплавный инструмент обладает высокой твердостью HRA 80-92 (HRC 73-76), теплостойкостью (800—1000 °C), поэтому ими можно работать со скоростями, в несколько раз превышающими скорости резания для быстрорежущих сталей.
Однако, в отличие от быстрорежущих сталей, твердые сплавы имеют пониженную прочность (σи = 1000—1500 МПа), не обладают ударной вязкостью.
Твердые сплавы нетехнологичны: из-за большой твердости из них невозможно изготовить цельный фасонный инструмент, к тому же они ограниченно шлифуются — только алмазным инструментом, поэтому твердые сплавы применяют в виде пластин, которые либо механически закрепляются на державках инструмента, либо припаиваются к ним.
65.Жаросто́йкая (окалиносто́йкая) сталь — это сталь, обладающая стойкостью против коррозионного разрушения поверхности в газовых средах при температурах свыше 550 °C, работающая в ненагруженном или слабонагруженном состоянии.
Жаростойкость (окалиностойкость) стали характеризуется сопротивлением окислению при высоких температурах. Для повышения окалиностойкости сталь легируют элементами, которые изменяют состав и строение окалины.
В результате введения в сталь необходимого количества хрома (Cr) или кремния (Si), обладающих бо́льшим родством с кислородом (O), чем железо (Fe), в процессе окисления на поверхности образуются плотные оксиды на основе хрома или кремния. Образовывающаяся тонкая плёнка из этих оксидов затрудняет процесс дальнейшего окисления.
Чтобы обеспечить окалиностойкость до температуры 1100 °C в стали должно быть не менее 28% хрома (например сталь 15Х28). Наилучшие результаты получаются при одновременном легировании стали хромом и кремнием.
Не нашли то, что искали? Воспользуйтесь поиском:
- 5 преимуществ электромобилей перед бензиновыми авто с ДВС
- Лучшая книга автора Данияр Сугралинов с названием Дисгардиум 13. Последняя битва, которую вы сможете прочитать или скачать прямо сейчас на нашем онлайн портале ivanovo-diving.ru. Скачать книгу Дисгардиум 13. Последняя битва в формате FB2, TXT, PDF, EPUB бесплатно без регистрации.