Теплостойкость быстрорежущих сталей составляет

Обновлено: 08.01.2025

Быстрорежущие стали характеризуются повышенной красностойкостью (600–650 °С) и являются наиболее распространенным инструментальным материалом. Приблизительно 70 % всех металлорежущих инструментов выполняется из быстрорежущих сталей.

Марки, химический состав и технические требования к быстрорежущим сталям регламентированы ГОСТ 19265–73. Химический состав основных марок быстрорежущих сталей приведен в табл. I.3.

I .3. Химический состав быстрорежущих сталей в состоянии поставки,

% по массе (по ГОСТ 19265–73)

Марка

Примечания: 1. В стали 10Р6М5, кроме указанных элементов, содержатся следующие: Zr (0,1–0,2 %); Nb (0,05–0,25 %); N (0,05–0,12 %), встали 10Р6М5К5 Nb (0,05–0,25 %).

2. В сталях всех указанных марок содержится также 0,4 % Mn (кроме сталей марок 11Р3М3Ф2Б и Р12Ф4К5, в которых соответственно 0,6 и 0,5 % Mn), не более 0,03 % S и P, до 0,4 % Ni, 0,4–0,5 % Si (кроме стали Р8М3К6С, в которой 0,8–1,2 % Si), остальное — Fe.

В настоящее время широко применяются стали, легированные дополнительно молибденом, кобальтом и ванадием.

Повышение содержания кобальта способствует увеличению теплостойкости за счет повышенной растворимости карбидов в аустените. Одновременно увеличивается на 3–5 ед. HRC твердость после отпуска.

Однако при этом заметно (на 30–50 %) уменьшается прочность при изгибе.

Кроме того, стали с увеличенным содержанием кобальта имеют повышенную чувствительность к обезуглероживанию в результате нагрева при термической обработке. Увеличение содержания ванадия в стали способствует повышению ее износостойкости за счет образования комплексных карбидов железа и ванадия, отличающихся высокой твердостью (HV 1700–2100).

Однако по этой же причине высокованадиевые стали труднее шлифуются. Молибден в быстрорежущих сталях способствует образованию мелких карбидов, которые более полно переходят в твердый раствор аустенита. При этом понижается температура закалки, уменьшается опасность появления отпущенных слоев при шлифовании инструмента.

Прочностные характеристики некоторых марок быстрорежущих сталей показаны на рис. I.1.

Быстрорежущие стали выпускаются нормальной, повышенной и высокой теплостойкости.

К сталям нормальной теплостойкости относятся стали марок Р18, Р12, Р9, Р6М3, Р6М5.

Стали повышенной теплостойкости содержат 4–5 % ванадия при 9–10 % вольфрама или 6–8 % ванадия и 2 % молибдена при пониженном (до 4 %) содержании вольфрама; одновременно увеличивается содержание углерода в пропорции ~ 0,2 % к 1 % ванадия. Повышение теплостойкости может быть достигнуто путем легирования сталей кобальтом до 5 % и ванадием — до 3–4 % при содержании вольфрама до 12 %. Хорошо зарекомендовали себя также стали с содержанием кобальта до 6–8 % при пониженном до 1,5–2 % содержании ванадия и повышенном содержании углерода до 0,95–1,5 %. К сталям повышенной теплостойкости относятся, например, Р9Ф5, Р6М5К5, Р10К5Ф5.

Для сталей высокой теплостойкости характерно повышенное содержание ванадия (до 3,5 %) и углерода (до 1,4 %); применяется также дополнительное легирование молибденом и кобальтом. Содержание вольфрама составляет 11–14 %. При нагреве таких сталей, например в процессе эксплуатации, из мартенсита выделяются в виде дисперсных частиц карбиды легирующих элементов (вольфрама или молибдена и ванадия), что вызывает повышение твердости в зоне температур 500–600 °С.

Эту повышенную твердость при увеличенных температурах называют вторичной, а сам эффект — дисперсионным твердением. К быстрорежущим сталям высокой теплостойкости относятся Р9М4К8, Р10К5Ф5, Р6М5К5, Р9К10.

Назначение некоторых марок быстрорежущих сталей приведено в табл. I.4.

I.4. Примерное назначение быстрорежущих сталей (по ГОСТ 19265–73)

4.Инструментальные быстрорежущие стали.

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:

Высокая твердость. Рассматривая основное назначение подобного металла следует учитывать, что он может использоваться для обработки деталей или заготовок путем резания. Как показывают проведенные тесты, качественная быстрорежущая сталь сохраняет свои основные эксплуатационные качества при нагреве инструмента даже до температуры 6000 градусов Цельсия. Кроме этого быстрорежущая сталь обычного качества может иметь даже меньшую твердость в сравнении с обычным углеродистым металлом.
Повышенная стойкость к высокой температуре. Устойчивость к воздействию повышенной температуры определяет то, как долго инструмент сможет работать без изменения своих эксплуатационных качеств. Из-за слишком высокого показателя трения металл может нагреваться, что становится причиной изменения кристаллической решетки. В результате основные свойства быстрорежущей стали могут существенно измениться. Как правило, нагрев становится причиной повышения пластичности и снижения твердости, за счет чего износ поверхности проходит намного быстрее.
Устойчивость к разрушению. Режущий инструмент, который может работать на высокой скорости, должен обладать повышенной механической устойчивостью. Кроме этого инструмент может работать при высоком показателе подачи, что позволяет работать на большой глубине резания.

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:

Сплавы с полезными примесями, в которых процентное содержание кобальта не более 10%, а вольфрама 22%. Маркировка металла этой группы следующая: P10M4Ф3К10 и Р6М5Ф2К8 и другие.
Сплавы, в составе которых не более 5% кобальта и до 18% вольфрама. Виды быстрорежущей стали этой группы следующие: Р9К5, Р10Ф5К5 и другие.
Варианты исполнения металла, расшифровка которых определяет процентное содержание кобальта и вольфрама более 16%. Представителями этой группы можно назвать марки Р9 и Р18, Р12 и Р6М5.

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:

Изготовление сверл. Сверла имеют достаточно сложную форму и конструкцию, которая получается путем литья.
Изготовление резцов. Сегодня для удешевления резцов их основная часть изготавливается из недорого металла, и только режущая кромка из износостойкого материала.
Изготовление напаек для режущего инструмента. В некоторые случаях режущая кромка сменная.
Изготовление фрез. Фрезы также получаются методом литья расплавленного металла.

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.

Особенности термической обработки быстрорежущих сталей

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:

Для повышения качества термической обработки нагрев проводится в несколько этапов. При этом выдержка проводится при определенной температуре, а также проводится многократный отпуск.
Отпуск подразумевает охлаждение заготовки до низкой температуры, которая часто составляет — 800 градусов Цельсия.
Закалка должна проводится при достаточно высокой температуре, так как только в этом случае происходит полное перестроение кристаллической решетки.
Для охлаждения используется самая различная среда. Примером назовем применение масла иди соляных ванн. Обычная вода становится причиной появления самых различных дефектов, к примеру, трещин или окалин. После этого приходится выполнять дополнительную обработку для удаления дефектов.

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:

Проводится насыщение поверхностного слоя цинком. Для того чтобы оказать требуемое воздействие на поверхность подобная операция предусматривает нагрев поверхности до 5600 градусов Цельсия. Выдержка может проходить в течение от 5 до 30 минут.
Также может происходить насыщение поверхности азотом. Чаще всего подобная процедура проводится в газовой среде. Выдерживается заготовка или деталь в течении 10-40 минут, температура нагрева варьирует в пределе 550-6600 градусов Цельсия.
В некоторых случаях химический состав металла изменяется путем сульфидирования поверхности. Подобным образом можно повысить твердость и прочность поверхности.
В качестве дополнительной обработки на поверхность напыляется различный материал. За счет этого существенно изменяются эксплуатационные качества инструмента или детали.

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.

Большая Энциклопедия Нефти и Газа

Теплостойкость быстрорежущей стали обусловлена ролью легирующих элементов: вольфрама, молибдена, ванадия и хрома, переведенных в твердый раствор при закалке. Эти элементы выделяются из мартенсита при повышенных температурах ( 500 - 600 С), и образуемые ими карбиды мало коагулируют при этих температурах. [2]

Добавление кобальта позволяет существенно повысить теплостойкость быстрорежущих сталей и их износостойкость. Это в свою очередь открывает возможность обработки жаропрочных и нержавеющих сталей. [3]

Добавление кобальта позволяет существенно ювысить теплостойкость быстрорежущих сталей и их износостойкость. Это в свою очередь открывает возможность обработки жаро-трочных и нержавеющих сталей. [4]

Однако при температурах выше температур теплостойкости быстрорежущей стали ( 700 С) отмечали скачкообразное снижение микротвердости образцов стали Р6М5 с покрытием, что, по-видимому, связано с пластическим оттеснением разупрочненных микрообъемов быстрорежущей стали непосредственно под отпечатком. Кроме того, для образцов из быстрорежущей стали с покрытием при нагреве в вакууме выше 400 - 500 С отмечено наличие сетки микротрещин непосредственно на поверхности образца, появление которой, несомненно, связано со значительной разницей значений КТР для образцов стали Р6М5 и покрытий. Наличие сетки трещин является еще одной причиной скачкообразного снижения микротвердости при температурах выше 500 С. Следует отметить отсутствие микротрещин на поверхности образцов сплава ВК. [6]

Эффективность покрытий возрастает с увеличением твердости и теплостойкости быстрорежущей стали . [7]

Теплостойкость легированных инструментальных сталей хотя и несколько выше теплостойкости углеродистых инструментальных сталей, однако значительно ниже теплостойкости быстрорежущих сталей . Поэтому из легированных инструментальных сталей режущих инструментов для скоростной обработки не делают. Преимущества легированных инструментальных сталей состоят совсем в другом. [8]

Быстрорежущие стали обладают высокой прочностью, ударной вязкостью и трещиностойкостью. Теплостойкость быстрорежущих сталей по сравнению с легированными обеспечивается за счет введения вольфрама, молибдена, ванадия и хрома, образующих сложные карбиды, связывающие почти весь углерод стали. Коагуляция карбидов, снижающая теплостойкость сталей, происходит только при 550 - 700 С, что существенно повышает теплостойкость быстрорежущих сталей. [9]

Известно, что потери твердости при нагреве обусловлена в первую очередь, коагуляцией выделившихся карбидов. Коагуляция карбидов в углеродистой и легированной сталях при температурах более 300 С ведет к быстрой потере твердости. Теплостойкость быстрорежущих сталей обусловлена легированием их карбидо-образующими элементами вольфрамом, ванадием и молибденом в количествах, достаточных для связывания почти всего углерода в специальные карбиды. Они коагулируют при температурах более 600 С. [11]

ИБ оказывают весьма заметное влияние на относительный износ быстрорежущих пластин, причем наибольшее влияние оказывают давление реакционного газа ( азота) р и напряжение на инструменте в процессе нанесения покрытия Uoa, в то время как параметры / д и т влияют неоднозначно. На эффективность покрытий большое влияние оказывает марка быстрорежущей стали. С ростом теплостойкости быстрорежущей стали , увеличивающей ее сопротивляемость термопластическому ( вязкому) разрушению, покрытие TiN работает значительно эффективнее. [12]

Результаты проведенных опытов представлены на фиг. Наиболее низкая температура резания характерна для обработки стали ЭИ481: 125 - 175 С при v 1 5 м / мин и изменении s2 от 0 02 до 0 10 мм. При протягивании сплава ЭИ437 температура в зоне резания достигает наиболее высокого уровня: 460 С. Следовательно, при протягивании испытанных материалов верхний предел температуры, создающейся в зоне резания, ниже температуры, характеризующей теплостойкость быстрорежущей стали Р18, приблизительно равной 600 С. [14]

Структура быстрорежущей стали после закалки состоит из мартенсита, остаточного аустенита и карбидов. Отпуск быстрорежущей стали необходим для превращения остаточного аустенита, а также для отпуска первичного и вторичного мартенсита и снятия при этом внутренних напряжений. Превращение остаточного аустенита в мартенсите в быстрорежущей стали достигается длительным отпуском при температуре 560 - 570 С в течение 3 - 4 ч или многократным отпуском с более короткими выдержками. При многократном отпуске полученный мартенсит более легирован, так как превращения происходят при более низких температурах. Во время отпуска быстрорежущей стали при 525 - 575 С происходит превращение остаточного аустенита и выделение мелкодисперсных и устойчивых против коагуляции карбидов, что вызывает дисперсионное твердение, называемое вторичной твердостью. Высокая твердость, полученная при отпуске, сохраняется при последующем нагреве до 600 С, что обеспечивает теплостойкость быстрорежущей стали . Многократный отпуск, не меняя теплостойкости, повышает механическую прочность инструмента за счет уменьшения напряжений, образовавшихся при превращении остаточного аустенита. [15]

Читайте также: