Содержание
- Сталь быстрорежущая
- Быстрорежущие инструментальные стали – главные характеристики
- Быстрорежущая сталь – маркировка
- Быстрорежущие инструментальные стали для изготовления высокопрочного инструмента
- 1 Быстрорежущие инструментальные стали – главные характеристики
- 2 Быстрорежущая сталь – маркировка
- 3 Производство быстрорежущих сталей и их обработка
- 4 Поверхностная обработка изделий из быстрорежущих сталей
- Быстрорежущие стали и их свойства
- 8. Инструментальные материалы
- Быстрорежущие стали
- Быстрорежущая сталь
Быстрорежущие стали и их свойства
Сталь быстрорежущая
Быстрорежущие инструментальные стали – главные характеристики
Под быстрорежущими сталями понимают легированные стали, которые производятся в большинстве случаев исключительно для выпуска инструмента для резки металлов, который может функционировать на высоких скоростях. Основное их отличие от углеродистых инструментальных сталей заключается именно в том, что они способны обеспечивать резание твердых изделий в высокоскоростном режиме.
Сталь быстрорежущая инструментальная обладает следующими основными характеристиками:
- Горячая твердость. При работе инструмент для резки выделяет тепло, причем весьма интенсивно. Часть этой тепловой энергии (иногда до 80 процентов) идет на его разогрев, что вызывает отпуск материала и существенное уменьшение его твердости. Из-за этого явления инструмент, сделанный из обычных углеродистых сталей, теряет свою твердость. Быстрорежущая же сталь сохраняет твердость при температурах до 600 °C, что обуславливает большую производительность изделий из нее. Заметим – при нормальных температурах резки (не более 200 °C) твердость быстрорежущей стали является даже ниже обычной углеродистой.
- Красностойкость. Величина, определяющая временной промежуток, в течение которого инструмент способен выдерживать без потери своих рабочих свойств высокую температуру. Все марки быстрорежущих сталей имеют высокий показатель красностойкости. По этому показателю им на данный момент нет равных.
- Сопротивление разрушению. Высокие механические характеристики не менее важны для производительности режущего инструмента. Быстрорежущие стали описываются высокой прочностью, гарантирующей возможность изготовления инструмента с большой глубиной и подачей резания.
Быстрорежущая сталь – маркировка
Сталь для производства быстрорежущего инструмента была изобретена в Британии. По-английски ее название звучит как «rapid steel» (рапид в переводе означает скорость). По этой причине быстрорежущие стали имеют такие марки, которые начинаются с заглавной литеры Р. После нее числом указывается (в процентах), сколько содержится вольфрама в сплаве. Далее идут буквы Ф, М и К с числами, определяющими, соответственно, процент ванадия, молибдена и кобальта.
В зависимости от содержания тех или иных химических элементов в сплаве можно поделить на три группы все быстрорежущие стали, маркировка четко показывает, к какому виду относится конкретная сталь. Она может быть с содержанием:
- кобальта до 10 % и вольфрама до 22 % (стали Р6М5Ф2К8, Р10М4Ф3К10 и другие);
- кобальта не более 5 % и вольфрама до 18 % (Р9К5, Р10Ф5К5, Р18Ф2К5);
- без кобальта с вольфрамом не более 16 % (Р65М, Р12, Р18, Р9).
Режущие возможности быстрорежущих сплавов зависят, прежде всего, от содержания в них вольфрама. Стоит знать, что при высоком содержании этого элемента, а также кобальта и ванадия отмечается карбидная неоднородность стали, способная привести к тому, что режущие кромки инструмента при эксплуатации будут раскрашиваться. Содержащие же молибден составы практически по всей длине пореза имеют стабильные показатели твердости.
Для производства высокоточных инструментов с повышенными требованиями к их технологическим возможностям обычно применяется сталь Р18. Она характеризуется отличной износостойкостью за счет мелкозернистой структуры. Закалка стали Р18 проходит без явления перегревания, что может наблюдаться при закаливании иных марок быстрорежущих сплавов. Но себестоимость ее выпуска достаточно высока, поэтому зачастую ее заменяют сталью Р9.
СтальЭкспресс предлагает Сталь быстрорежущая в СПб. С помощью «Сталь быстрорежущая» можно максимально точно, с минимальными отходами и трудозатратами изготовить деталь любой сложности. Получить актуальные цены и подробную формацию о стоимости услуг можно по телефону в СПб: +7(812) 600-92-09
Применение: для изготовления инструмента
Применение: для инструмента простой формы при обработке углеродистых и малолегированных сталей с прочностью до 784 МПа.
Применение: для изготовления инструмента
Применение: для изготовления получистовых и черновых инструментов при различных труднообрабатываемых материалов
Применение: для всех видов режущего инструмента при обработке углеродистых легированных конструкционных сталей
Применение: для чистовых инструментов при обработке вязкой аустенитной стали и материалов, обладающих абразивными свойствами.
Применение: для изготовления инструментов простой формы, не требующих больших объемов шлифовальных операций при обработке материалов с повышенными абразивными свойствами- чистовых инструментов простой формы при обработке легированных сталей и сплавов
Применение: резцы, сверла, фрезы, резьбовые фрезы, долбяки, развертки, зенкеры, метчики, протяжки для обработки конструкционных сталей с прочностью до 1000 МПа, от которых требуется сохранение режущих свойств при нагревании во время работы до 600 °С.
Применение: для черновых и получистовых инструментов при обработке высокопрочных, нержавеющих и жаропрочных сталей и сплавов.
Применение: для изготовления чистовых и получистовых режущих инструментов при обработке среднелегированных конструкционных сталей
Применение: для изготовления получистовых и черновых инструментов при обработке углеродистых и легированных конструкционных сталей на повышенных режимах резания
Применение: для режущих инструментов при обработке улучшенных легированных, а также нержавеющих сталей.
Применение: для изготовления инструмента
Применение: для изготовления всех видов режущего инструмента, используемого при обработке углеродистых легированных конструкционных сталей- резьбонарезного инструмента- инструмента, работающего с ударными нагрузками.
Применение: для чистовых и получистовых инструментов при обработке нелегированных и легированных конструкционных сталей
Применение: для изготовления чистовых и получистовых инструментов небольших размеров при обработке конструкционных сталей
Применение: для всех видов режущего инструмента при обработке углеродистых легированных конструкционных сталей- предпочтительно для изготовления резьбонарезного инструмента, а также инструмента, работающего с ударными нагрузками
Применение: для чернового и получистового инструмента при обработке улучшенных легированных и нержавеющих сталей в условиях повышенного разогрева режущей кромки.
Применение: для чистовых и получистовых инструментов при обработке нелегированных и легированных конструкционных сталей.
Применение: для изготовления инструментов простой формы, не требующих большого объема шлифовки, для обработки обычных конструкционных материалов.
Применение: для изготовления получистовых и черновых инструментов при обработке углеродистых и легированных конструкционных сталей на повышенных режимах резания
Применение: для обработки нержавеющих сталей и жаропрочных сплавов, а также сталей повышенной тветрдости.
Применение: для изготовления инструмента, используемого при обработке высокопрочных нержавеющих и жаропрочных сталей, сплавов и улучшенных легированных сталей в условиях повышенного разогрева режущей кромки (зуборезного инструмента, фрез, фасонных резцов, зенкеров, метчиков).для обработки высокопрочных нержавеющих и жаропрочных сталей и сплавов в условиях повышенного разогрева режущей кромки: зуборезный инструмент, фрезы, фасонные резцы, зенкеры, метчики.
Применение: для изготовления инструментов простой формы, не требующих больших объемов шлифовальных операций при обработке материалов с повышенными абразивными свойствами- чистовых инструментов простой формы при обработке легированных сталей и сплавов
Быстрорежущие инструментальные стали для изготовления высокопрочного инструмента
Быстрорежущие инструментальные стали обладают рядом особых свойств, которые и обуславливают их активное использование для изготовления разнообразных инструментов повышенной прочности.
1 Быстрорежущие инструментальные стали – главные характеристики
Под быстрорежущими сталями понимают легированные стали, которые производятся в большинстве случаев исключительно для выпуска инструмента для резки металлов, который может функционировать на высоких скоростях. Основное их отличие от углеродистых инструментальных сталей заключается именно в том, что они способны обеспечивать резание твердых изделий в высокоскоростном режиме.
Сталь быстрорежущая инструментальная обладает следующими основными характеристиками:
- Горячая твердость. При работе инструмент для резки выделяет тепло, причем весьма интенсивно. Часть этой тепловой энергии (иногда до 80 процентов) идет на его разогрев, что вызывает отпуск материала и существенное уменьшение его твердости. Из-за этого явления инструмент, сделанный из обычных углеродистых сталей, теряет свою твердость. Быстрорежущая же сталь сохраняет твердость при температурах до 600 °C, что обуславливает большую производительность изделий из нее. Заметим – при нормальных температурах резки (не более 200 °C) твердость быстрорежущей стали является даже ниже обычной углеродистой.
- Красностойкость. Величина, определяющая временной промежуток, в течение которого инструмент способен выдерживать без потери своих рабочих свойств высокую температуру. Все марки быстрорежущих сталей имеют высокий показатель красностойкости. По этому показателю им на данный момент нет равных.
- Сопротивление разрушению. Высокие механические характеристики не менее важны для производительности режущего инструмента. Быстрорежущие стали описываются высокой прочностью, гарантирующей возможность изготовления инструмента с большой глубиной и подачей резания.
2 Быстрорежущая сталь – маркировка
Сталь для производства быстрорежущего инструмента была изобретена в Британии. По-английски ее название звучит как «rapid steel» (рапид в переводе означает скорость). По этой причине быстрорежущие стали имеют такие марки, которые начинаются с заглавной литеры Р. После нее числом указывается (в процентах), сколько содержится вольфрама в сплаве. Далее идут буквы Ф, М и К с числами, определяющими, соответственно, процент ванадия, молибдена и кобальта.
В зависимости от содержания тех или иных химических элементов в сплаве можно поделить на три группы все быстрорежущие стали, маркировка четко показывает, к какому виду относится конкретная сталь. Она может быть с содержанием:
- кобальта до 10 % и вольфрама до 22 % (стали Р6М5Ф2К8, Р10М4Ф3К10 и другие);
- кобальта не более 5 % и вольфрама до 18 % (Р9К5, Р10Ф5К5, Р18Ф2К5);
- без кобальта с вольфрамом не более 16 % (Р65М, Р12, Р18, Р9).
Режущие возможности быстрорежущих сплавов зависят, прежде всего, от содержания в них вольфрама. Стоит знать, что при высоком содержании этого элемента, а также кобальта и ванадия отмечается карбидная неоднородность стали, способная привести к тому, что режущие кромки инструмента при эксплуатации будут раскрашиваться. Содержащие же молибден составы практически по всей длине пореза имеют стабильные показатели твердости.
Для производства высокоточных инструментов с повышенными требованиями к их технологическим возможностям обычно применяется сталь Р18. Она характеризуется отличной износостойкостью за счет мелкозернистой структуры. Закалка стали Р18 проходит без явления перегревания, что может наблюдаться при закаливании иных марок быстрорежущих сплавов. Но себестоимость ее выпуска достаточно высока, поэтому зачастую ее заменяют сталью Р9.
Р9 примерно аналогична по режущим свойствам Р18. Причем в отожженном состоянии она очень легко поддается деформации (пластической). Недостатком Р18 можно считать то, что шлифование металла с таким составом затрудняется, а значит, сталь нельзя применять для высокоточного инструмента. А вот Р12 характеризуется хорошей прочностью, пластичностью в горячем состоянии и вязкостью. По основным параметрам она также похожа на Р18.
3 Производство быстрорежущих сталей и их обработка
Сейчас применяются две технологии изготовления быстрорежущей стали:
- распыление азотом струи жидкого металла (порошковая методика);
- разливка в слитки, прокатка и дальнейшая проковка (классический метод).
Чаще используется классическая методика, которая предполагает учет ряда особенностей обработки сталей, относимых к группе быстрорежущих. Во-первых, необходимо избежать карбидной ликвации в готовом сплаве, вызываемой недостаточной проковкой металла. Во-вторых, закалка быстрорежущей стали в обязательном порядке предваряется отжигом. Если не придерживаться данного требования, готовые изделия будут хрупкими из-за так называемого «нафталинового излома».
Непосредственно закалка осуществляется при температурах, которые не становятся причиной роста зерна в α-железе, и при этом гарантируют наибольшую растворимость в нем легирующих добавок. Закаленная сталь имеет в своей структуре до 30 процентов аустенита, который понижает показатели теплопроводности материала и твердости инструмента. «Убрать» лишний аустенит можно двумя способами:
- многократным отпуском: несколько подряд идущих процедур нагрева, выдержки и охлаждения;
- холодом: перед отпуском металл охлаждается до – 80 °C.
Указанные процедуры не дают возможности полностью удалить аустенит из стали, но обеспечивают значительное уменьшение его количества.
4 Поверхностная обработка изделий из быстрорежущих сталей
Она необходима для дополнительного увеличения износостойкости, твердости и коррозионной стойкости инструментов для резания. Сейчас существует несколько видов их поверхностной обработки:
- Азотирование. Бывает газовым (смесь 80 % азота и 20 аммиака) и аммиачным (осуществляется в атмосфере аммиака в течение 10–40 минут) при температуре около 660 °С (минимум 550). Меньшая хрупкость поверхностного слоя достигается при использовании первой методики азотирования.
- Цианирование. Может быть газовым (комбинация науглероживающего газа и аммиака) – длится от 1,5 до 3 часов, жидким (расплавы KOH, Na2CO3 либо NaCN) – от 5 до 30 минут при температуре около 560 °С.
- Сульфидирование. Применяются жидкие расплавы (K4Fe(CN)6 – 3–4 %, BaCl2 – около 25 %, NaCl – до 17 %) с внесением дополнительно соединений серы (KCNS, FeS). Длительность процедуры – 45–180 минут, температура – от 450 до 560 градусов по Цельсию.
Также нередко инструменты из быстрорежущей стали обрабатывают паром в специальных печах (они являются полностью герметичными). Сначала сеанс продолжается около 25 минут, при этом изделия подвергаются воздействию давления от 1 до 3 Мпа при температуре 300–350 °С. На втором этапе инструмент выдерживают до одного часа, затем охлаждают до 300 градусов в атмосфере пара, прекращают его подачу, и охлаждают на открытом воздухе (реже – непосредственно в печи). Финалом такой процедуры является промывка инструмента в веретенной горячей жидкости (в масле).
Все описанные виды обработки допускается производить после шлифования, термической обработки и заточки инструмента.
Быстрорежущие стали и их свойства
Как выбрать и купить фрезерно-гравировальный станок с ЧПУ
8. Инструментальные материалы
Инструментальными являются материалы, основное назначение которых — оснащение рабочей части инструментов. К ним относятся инструментальные углеродистые, легированные и быстрорежущие стали, твердые сплавы, минералокерамика, сверхтвердые материалы.
Основные свойства инструментальных материалов
8.1. Инструментальные стали.
По химическому составу, степени легированности инструментальные стали разделяются на инструментальные углеродистые, инструментальные легированные и быстрорежущие стали. Физико-механические свойства этих сталей при нормальной температуре достаточно близки, различаются они теплостойкостью и прокаливаемостью при закалке.
В инструментальных легированных сталях массовое содержание легирующих элементов недостаточно, чтобы связать весь углерод в карбиды, поэтому теплостойкость сталей этой группы лишь на 50-100 0 С превышает теплостойкость инструментальных углеродистых сталей. В быстрорежущих сталях стремятся связать весь углерод в карбиды легирующих элементов, исключив при этом возможность образования карбидов железа. За счет этого разупрочнение быстрорежущих сталей происходит при более высоких температурах.
Инструментальные углеродистые (ГОСТ 1435-74) и легированные (ГОСТ 5950-73) стали. Основные физико-механические свойства инструментальных углеродистых и легированных сталей приведены в таблицах. Инструментальные углеродистые стали обозначаются буквой У, за которой следует цифра, характеризующая массовое содержание углерода в стали в десятых долях процента. Так, в стали марки У10 массовое содержание углерода составляет один процент. Буква А в обозначении соответствует высококачественным сталям с пониженным массовым содержанием примесей.
Химический состав углеродистых инструментальных сталей
Содержание серы не более 0,03%
фосфора – 0,035%, хрома – 0,2%
никеля – 0,25%, меди – 0,25%
Содержание серы не более 0,02%
Фосфора – 0,03%, хрома – 0,15%
Зубила, стамески, пилы, керны, слесарный инструмент
Ножницы, пилы, ролики накатные, пробойники, матрицы, ручные дереворежущие инструменты.
У10, У10А, У11, У11А
Мелкоразмерный режущий инструмент.
Режущий инструмент, работающий при низких скоростях резания
Напильники, шаберы, резцы, гравировальный инструмент.
В инструментальных легированных сталях первая цифра, характеризует массовое содержание углерода в десятых долях процента (если цифра отсутствует, то содержание углерода в ней до одного процента). Буквы в обозначении указывают на содержание соответствующих легирующих элементов: Г — марганец, Х — хром, С — кремний, В — вольфрам, Ф — ванадий, а цифры обозначают содержание элемента в процентах. Инструментальные легированные стали глубокой прокаливаемости марок 9ХС, ХВСГ, Х, 11Х, ХВГ отличаются малыми деформациями при термической обработке.
Химический состав малолегированных инструментальных сталей
Эти материалы имеют ограниченные области применения: углеродистые идут, в основном, для изготовления слесарных инструментов, а легированные — для резьбообразующих, деревообрабатывающих и длинномерных инструментов (ХВГ)- протяжек, разверток и т.д.
8.2. Быстрорежущие стали (ГОСТ 19265-73)
Химический состав и прочностные характеристики основных марок этих сталей приведены в таблицах. Быстрорежущие стали обозначаются буквами, соответствующими карбидообразующим и легирующим элементам: Р — вольфрам, М — молибден, Ф — ванадий, А — азот, К — кобальт, Т — титан, Ц — цирконий). За буквой следует цифра, обозначающая среднее массовое содержание элемента в процентах (содержание хрома около 4 процентов в обозначении марок не указывается).
Цифра, стоящая в начале обозначения стали, указывает содержание углерода в десятых долях процента (например, сталь 11Р3АМ3Ф2 содержит около 1,1 % С; 3 % W; 3 % Мо и 2 % V). Режущие свойства быстрорежущих сталей определяются объемом основных карбидообразующих элементов: вольфрама, молибдена, ванадия и легирующих элементов- кобальта, азота. Ванадий в связи с малым массовым содержанием (до 3%) обычно не учитывается, и режущие свойства сталей определяются, как правило, вольфрамовым эквивалентом, равным (W+2Mo)%. В прейскурантах на быстрорежущие стали выделяют три группы сталей: стали 1-й группы с вольфрамовым эквивалентом до 16 % без кобальта, стали 2-й группы — до 18 % и содержанием кобальта около 5 %, 2ста 0ли 3-й группы — до 20 % и содержанием кобальта 5-10 %. Соответственно, различаются и режущие свойства этих групп сталей.
Химический состав быстрорежущих сталей
Химический состав литых быстрорежущих сталей
Кроме стандартных, применяются и специальные быстрорежущие стали, содержащие, например, карбонитриды титана. Однако высокая твердость заготовок этих сталей, сложность механической обработки не способствующих широкому распространению. При обработке труднообрабатываемых материалов находят применение порошковые быстрорежущие стали Р6М5-П и Р6М5К5-П. Высокие режущие свойства этих сталей определяются особой мелкозернистой структурой, способствующей повышению прочности, уменьшению радиуса скругления режущей кромки, улучшенной обрабатываемости резанием и в особенности шлифованием. В настоящие время проходят промышленные испытания безвольфрамовые быстрорежущие стали с повышенным содержанием различных легирующих элементов, в том числе алюминия, малибдена, никеля и других
Один из существенных недостатков быстрорежущих сталей связан с карбидной неоднородностью, т.е. с неравномерным распределением карбидов по сечению заготовки, что приводит, в свою очередь, к неравномерной твердости режущего лезвия инструмента и его износа. Этот недостаток отсутствует у порошковых и мартенситно-стареющих (с содержанием углерода менее 0,03%) быстрорежущих сталей.
Примерное назначение и технологические особенности
Может использоваться для всех видов режущего инструмента при обработке обычных конструкционных материалов. Обладает высокой технологичностью.
Примерно для тех же целей, что и сталь Р18. Хуже шлифуется.
Для инструментов простой формы, не требующих большого объёма шлифовальных операций; применяется для обработки обычных конструкционных материалов; обладает повышенной пластичностью и может использоваться для изготовления инструментов методами пластической деформации; шлифуемость пониженная.
Для всех видов режущих инструментов. Возможно использовать для инструментов, работающих с ударными нагрузками; более узкий, чем у стали Р18 интервал закалочных температур, повышенная склонность к обезуглероживанию.
Чистовые и получистовые инструменты / фасонные резцы, развёртки, протяжки и др. / при обработке конструкционных сталей.
То же, что и сталь Р6М5, но по сравнению со сталью Р6М обладает несколько большей твёрдостью и меньшей прочностью.
Используются для изготовления инструментов простой формы, не требующих большого объёма шлифовальных операций рекомендуется для обработки материалов с повышенными абразивными свойствами / стеклопластики, пластмассы, эбонит и т.п. / для чистовых инструментов, работающих со средними скоростями резания и малыми сечениями среза; шлифуемость пониженная.
Для чистовых и получистовых инструментов, работающих со средними скоростями резания; для материалов с повышенными абразивными свойствами; рекомендуется взамен сталей Р6Ф5 и Р14Ф4, как сталь лучшей шлифуемости при примерно одинаковых режущих свойствах.
Для обработки высокопрочных нержавеющих, жаропрочных сталей и сплавов в условиях повышенного разогрева режущей кромки; шлифуемость несколько понижена.
Для обработки высокопрочных и твёрдых сталей и сплавов; материалов обладающих повышенными абразивными свойствами; шлифуемость низкая.
Для обработки сталей и сплавов повышенной твёрдости; чистовая и получистовая обработка без вибраций; шлифуемость пониженная.
Для инструментов простой формы при обработке углеродистых и легированных сталей с прочностью не более 800 МПа.
Р6М5К5-МП, Р9М4К8-МП (порошко-вые)
Для тех же целей, что и стали Р6М5К5 и Р9М4К8; обладают лучшей шлифуемостью, менее деформируются при термообработке, обладают большей прочностью, показывают более стабильные эксплуатационные свойства.
8.3. Твердые сплавы (ГОСТ 3882-74)
Твердые сплавы содержат смесь зерен карбидов, нитридов, карбонитридов тугоплавких металлов в связующих материалах. Стандартные марки твердых сплавов выполнены на основе карбидов вольфрама, титана,тантала. В качестве связки используется кобальт. Состав и основные свойства некоторых марок твердых сплавов для режущих инструментов приведены в таблице.
Физико-механические свойства одно-, двух- и трехкарбидных твердых сплавов
Коэффициент теплопроводности, Вт/(м Ч К)
Коэффициент удельной теплоемкости Дж/(кг Ч К)
Коэффициент линейного расширения,
Предел прочности при изгибе,
Предел прочности при сжатии, Мпа
Состав физико-механические свойства безвольфрамовых твердых сплавов
В зависимости от состава карбидной фазы и связки обозначение твердых сплавов включает буквы, характеризующие карбидообразующие элементы (В — вольфрам, Т — титан, вторая буква Т — тантал) и связку (буква К- кобальт). Массовая доля карбидообразующих элементов в однокарбидных сплавах, содержащих только карбид вольфрама, определяется разностью между 100% и массовой долей связки (цифра осле буквы К), например, сплав ВК4 содержит 4% кобальта и 96% WC. Вдвухкарбидных WC+TiC сплавах цифра после буквы карбидообразующего элемента определяется массовая доля карбидов этого элемента, следующая цифра — массовая доля связки, остальное — массовая доля карбида вольфрама (например, сплав Т5К10 содержит 5% TiC,10% Co и 85% WC).
В трехкарбидных сплавах цифра после букв ТТ означает массовую долю карбидов титана и тантала. Цифра за буквой К — массовая доля связки, остальное- массовая доля карбида вольфрама (например, сплав ТТ8К6 содержит 6% кобальта, 8% карбидов титана и тантала и 86% карбида вольфрама).
В металлообработке стандартом ISO выделены три группы применяемости твердосплавного режущего инструмента: группа Р — для обработки материалов, дающих сливную стружку; группа К — стружку надлома и группа М — для обработки различных материалов (универсальные твердые сплавы). Каждая область разделяется на группы и подгруппы.
Твердые сплавы, в основном, выпускаются в виде различных по форме и точности изготовления пластин: напайных (наклеиваемых) — по ГОСТ 25393-82 или сменных многогранных — по ГОСТ 19043-80 — 19057-80 и другим стандартам.
Многогранные пластины выпускаются как из стандартных марок твердых сплавов, так и из этих же сплавов с однослойными или многослойными сверхтвердыми покрытиями из TiC, TiN, оксида алюминия и других химических соединений. Пластины с покрытиями обладают повышенной стойкостью. К обозначению пластин из стандартных марок твердых сплавов с покрытием нитридов титана добавляют — маркировку букв КИБ (ТУ 2-035-806-80), а к обозначению сплавов по ISO — букву С.
Выпускаются также пластины и из специальных сплавов (например, по ТУ 48-19-308-80). Сплавы этой группы (группы «МС») обладают более высокими режущими свойствами. Обозначение сплава состоит из букв МС и трехзначного (для пластин без покрытий)или четырехзначного (для пластин с покрытием карбидом титана) числа:
1-я цифра обозначения соответствует области применения сплава по классификации ISO (1 — обработка материалов, дающих сливную стружку; 3 — обработка материалов, дающих стружку надлома; 2 — область обработки, соответствующая области М по ISO);
2-я и 3-я цифры характеризуют подгруппу применяемости, а 4-я цифра — наличие покрытия. Например, МС111 (аналог стандартного Т15К6), МС1460 (аналог стандартного Т5К10) и т.д.
Кроме готовых пластин выпускаются также заготовки в соответствии с ОСТ 48-93-81; обозначение заготовок то же, что и готовых пластин, но с добавлением буквы З.
Безвольфрамовые твердые сплавы широко применяются как материалы, не содержащие дефицитных элементов. Безвольфрамовые сплавы поставляются в виде готовых пластин различной формы и размеров, степеней точности U и М, а также заготовок пластин. Области применения этих сплавов аналогичны областям использования двухкарбидных твердых сплавов при безударных нагрузках.
Быстрорежущие стали
Быстрорежущие стали
Еще во второй половине прошлого века было установлено, что при значительном количестве вольфрама (около 6;%) и повышенном содержании марганца (1,5%) инструментальная сталь приобретает хорошую теплостойкость. Такая сталь, нагретая до высокой температуры и затем медленно охлажденная на воздухе, получала высокую твердость; поэтому ее назвали самозакаливающейся.
Дальнейшие изыскания позволили выяснить, что особенно хорошие результаты достигаются, если инструментальная сталь содержит приблизительно 18% вольфрама, 4% хрома и 1 % ванадия и, что оказалось особенно существенным, при закалке нагревается до очень высокой температуры— около 1 300°. Эта сталь положила начало современной быстрорежущей стали.
Как уже указывалось, вольфрам образует очень твердые и износоустойчивые карбиды. Высокое содержание вольфрама обеспечивает быстрорежущей стали хорошие теплостойкость и износостойкость. Если инструменты из углеродистой инструментальной стали при температурах выше 250° уже «садятся», то инструменты из быстрорежущей стали сохраняют высокую твердость и работоспособность при нагреве до 600°. Так как при этой температуре металл разогревается до красного цвета, то для быстрорежущей стали способность сохранять высокую твердость при нагреве называют красностойкостью. Углеродистые и легированные инструментальные стали, в отличие от быстрорежущих, красностойкостью не обладают.
Для инструментов из быстрорежущей стали оказалось возможным повысить скорости резания в 2—3 раза. Поэтому потребовалось существенно усовершенствовать конструкции металлорежущих станков, прежде всего увеличить их быстроходность и мощность.
Хотя быстрорежущая сталь, содержащая 18,% вольфрама, появилась в начале XX века, она остается основным представителем этой группы сталей и в настоящее время; в Советском Союзе соответствующая марка быстрорежущей стали имеет обозначение Р18.
Эта сталь имеет важные преимущества, но и она не явилась пределом, развитии инструментальных сталей. Дальнейшее усовершенствование инструментальных сталей пошло по двум направлениям:
1. Создание более дешевых быстрорежущих сталей, содержащих меньшее количество дефицитного вольфрама. Они получили название малолегированных быстрорежущих сталей; основным представителем таких сталей является сталь Р9, содержащая 9% вольфрама, но увеличенное количество ванадия.
2. Создание быстрорежущих сталей, которые благодаря более высоким красностойкости и износостойкости превосходят сталь Р18 по производительности. Соответствующее улучшение режущих свойств достигается путем введения кобальта и увеличения содержания ванадия.
Сталь Р9 по красностойкости и режущим свойствам почти не уступает стали Р18; преимущество последней выявляется только при тяжелых условиях работы и напряженных режимах резания, например при обработке стали с повышенной прочностью и вязкостью, а также на некоторых чистовых операциях, когда требуется длительное сохранение точных размеров и высокой чистоты обработки (например, протягивание).
Однако технологические свойства у стали Р9 значительно хуже, чем у стали Р18. Прежде всего, сталь Р9 более чувствительна к отклонениям в режимах термической обработки, так как наивыгоднейшие температуры нагрева при закалке для нее ограничены более узкими пределами, чем для стали Р18. Это обстоятельство нередко служит причиной некачественной термической обработки и, следовательно, пониженных режущих свойств инструментов.
Вторым серьезным недостатком стали Р9 является плохая шлифуемость. После закалки и отпуска эта сталь плохо поддается шлифованию, шлифовальные круги быстро «засаливаются» и теряют профиль, а на поверхности инструмента появляются прижоги, т. е. участки с пониженными твердостью и износостойкостью. Эти затруднения объясняются тем, что вследствие значительного содержания ванадия в стали имеется большое количество очень твердых карбидов этого элемента.
При шлифовании и затачивании инструментов из стали Р9 нужно соблюдать большую осторожность. Продолжительность шлифования точных инструментов, имеющих сложный профиль, возрастает по сравнению со сталью Р18 в 1,5—2 раза; при малых размерах профиля, например у метчиков с мелкой резьбой (шаг менее 1,3 мм), зуборезных долбяков с малым модулем (менее 1,5 мм) и т. п., получить качественный инструмент из стали Р9 не удается.
Указанные недостатки стали Р9 приводят к тому, что в последнее время стремятся большинство режущих инструментов изготовлять из стали Р18.
Быстрорежущие стали повышенной производительности, как уже указывалось, дополнительно легируются кобальтом или имеют повышенное содержание ванадия. Кобальт в количестве 5—10% значительно улучшает красностойкость быстрорежущей стали, а ванадий способствует повышению красностойкости и износостойкости. Так, стали Р18К5, Р9К5 и Р18Ф2М имеют красностойкость до 630°, а стали Р18КЮ и Р10К5Ф5 —до 650°.
Стали этой группы (за исключением марок Р18К5 и Р18КЮ) появились в последние годы и пока получили ограниченное применение. Они позволяют при обработке стальных и чугунных деталей повысить скорость резания на 5—10% (по сравнению с допускаемой для инструментов из стали Р18) или увеличить стойкость инструмента (при неизменной скорости резания) в 1,5—3 раза. Кроме того, новые кобальтовые и ванадиевые быстрорежущие стали более пригодны для обработки конструкционных сталей повышенной прочности (при твердости по Брннел лю НВ 300—350), жаропрочных сплавов и других труднообрабатываемых материалов.
В качестве примеров можно привести следующие результаты сравнительных испытаний режущих свойств инструментов, изготовленных из стали Р18 и из быстрорежущих сталей повышенной производительности.
1.При обработке высоколегированных сталей и жаропрочных сплавов в условиях прерывистого резания, когда инструмент испытывает удары и вибрации, проходные резцы из стали Р9К5 имеют стойкость в 2—3 раза выше, чем резцы из стали Р18.
2.Стойкость протяжек из стали Р9Ф5 при обработке таких же материалов в 2—4 раза выше, чем у протяжек из стали Р18.
3.При нарезании зуба на шестернях из конструкционной стали с невысокой твердостью резцовые головки и червячные фрезы из стали Р9КЮ имеют стойкость в 2 раза выше, чем головки и фрезы из стали Р18.
4.При обработке конструкционных сталей стойкость протяжек, резьбонарезных гребенок и шеверов из стали Р9Ф5 в 1,5 раза выше, чем у таких же инструментов из стали Р18.
Быстрорежущая сталь, легированная кобальтом, имеет повышенную чувствительность к обезуглероживанию при нагреве во время термической обработки, шлифуется несколько хуже, чем сталь Р18 (но значительно лучше, чем сталь Р9), и имеет большую хрупкость и меньшую прочность по сравнению со сталями Р18 и Р9. Последнее обстоятельство необходимо учитывать при эксплуатации инструментов, обеспечивая их жесткое крепление, отсутствие резко возрастающих нагрузок и вибраций.
Вследствие повышенной хрупкости кобальтовые стали нецелесообразно использовать для фасонных инструментов сложной формы с ослабленными участками; эти стали дают хорошие результаты на инструментах простой формы (резцы, сверла диаметром более 10—15 мм), предназначенных для труднообрабатываемых материалов.
Быстрорежущие стали с высоким содержанием ванадия прочнее, чем кобальтовые стали, но уступают в этом отношении сталям Р18 и Р9. Существенным недостатком высокованадиевых сталей является их плохая шлифуемость. Сталь Р18Ф2М шлифуется немного хуже, чем Р18, но лучше, чем сталь Р9. Стали же Р9Ф5 и Р10К5Ф5, с более высоким содержанием ванадия, шлифуются даже хуже, чем сталь Р9. Исходя из этих особенностей, сталь Р18Ф2М целесообразно использовать для инструментов, предназначенных для обработки конструкционных и инструментальных сталей большой прочности и при повышенных режимах резания, но при отсутствии больших силовых нагрузок. Стали Р9Ф5 и Р10К5Ф5 пригодны для инструментов сравнительно простой формы (не требующих значительного шлифования), которые работают в напряженных условиях.
Быстрорежущая сталь
Инструментальная сталь, относящаяся к карбидному (ледебуритному) классу. Маркируется путем простановки в начале марки буквы «P», за которой идет цифра, указывающая концентрацию вольфрама в процентах. Кроме вольфрама в стали присутствуют другие карбидообразующие элементы (ванадий (V), хром (Cr), молибден (Mo)).
Быстрорежущие стали обладают высокой твердостью (HRC 62. 64) и теплостойкостью. Эти свойства достигаются после специальной термообработки, состоящей из закалки с температуры 1250. 1290 °С, последующей обработки холодом при температуре минус 80 °C и последующего трехкратного отпуска при температуре 560 °С. После такой термообработки режущие свойства стали сохраняются до температуры 650 °С. Для дальнейшего повышения теплостойкости в быстрорежущей стали увеличивают концентрацию ванадия и молибдена и вводят кобальт. Из-за высокого содержания вольфрама быстрорежущие стали являются дорогостоящими. С целью снижения их стоимости заменяется часть вольфрама его химическим аналогом — молибденом.
В процессе обработки металлов резанием материал инструмента может разогреваться до высоких температур. Однако с повышением температуры твердость сталей стремится к снижению. Поэтому все быстрорежущие стали должны обладать способностью сохранять свою высокую первоначальную твердость по возможности до более высоких температур. Такая способность получила название теплостойкости. Иными словами, теплостойкостью называется максимально допустимая температура эксплуатации инструмента, выше которой его твердость начинает резко падать.
Теплостойкость подавляющего большинства быстрорежущих сталей доходит до 500-650 °С, а у сталей с интерметаллидным упрочнением может доходить до 720 °С.
Достижение высокой теплостойкости быстрорежущих сталей связывается с их легированием такими элементами, как вольфрам и молибден, и с закалкой с очень высоких температур (1200-1300 °С).
Вольфрам, находясь в быстрорежущей стали, способствует образованию карбидов состава Fe3W3C, обладающих высокой твердостью. Кроме того, большое количество вольфрама после закалки и отпуска переходит в α-твёрдый раствор, что способствует сохранению высокой твердости мартенсита при нагревании стали. В современных быстрорежущих сталях концентрация вольфрама может находиться в интервале от 5,5 % (в марках Р6М3, Р6М5, Р6М3Ф5) до 18,5 % (в марках Р18, Р18Ф2, Р18К5Ф2, Р18Ф2К8М).
Молибден в быстрорежущих сталях повышает прокаливаемость и препятствует росту зерна при нагревании. Однако следует иметь в виду, что высокая концентрация молибдена может усиливать склонность стали к ликвации, к образованию трещин и приводить к обезуглероживанию поверхностного слоя.
В составе любой быстрорежущей стали обязательно должны присутствовать хром и ванадий. Хром увеличивает устойчивость мартенсита против отпуска, увеличивает прокаливаемость и повышает устойчивость против окисления и износа. Ванадий так же, как и вольфрам, способствует повышению теплостойкости стали, но ухудшает ее шлифуемость. При шлифовке таких сталей на их поверхности могут появляться прижоги и волосные трещины. Ванадий способен образовывать более прочные карбиды, по сравнению с вольфрамом и хромом, поэтому в присутствии ванадия значительная часть углерода стали связывается в труднорастворимые карбиды, уменьшая количество углерода в аустените, тем самым ухудшая способность стали к закалке. В некоторых марках быстрорежущих сталей может находиться кобальт, уменьшающий склонность стали к перегреву. Присутствие кобальта приводит к увеличению теплопроводности стали, что, в свою очередь, приводит к значительному снижению температуры режущей кромки инструмента, препятствуя износу.
После перитектической реакции начинается эвтектическая реакция:
Таким образом, после завершения кристаллизации образуются дендриты с ферритной сердцевиной и аустенитной оболочкой ( рисунок 2)
Он проводится для снижения твердости перед обработкой резанием. В данном случае для быстрорежущих сталей назначают изотермический отжиг. Он проводится путем нагрева стали до 830…850 °С, с последующим охлаждением до 720…750 °С и выдержкой при этой температуре в течение 4-6 часов. Для получения минимального количества остаточного аустенита, по окончанию выдержки, сталь охлаждают в печи до 600 °С со скоростью 40-50 град/ч. После чего проводится окончательное охлаждение на воздухе. Твердость после такого отжига должна находиться в пределах 217-255 НВ.
Для закалки быстрорежущей стали ее необходимо нагреть выше Ас1 на 400-450 °С. У подавляющего большинства быстрорежущих сталей точка Ас1 находится на уровне 815-840 °С (см.рисунок 1). В процессе нагрева стали под закалку необходимо стремиться:
- к полному растворению легированного перлита;
- к растворению в аустените структурно свободных вторичных карбидов.
Это можно достигнуть только путем нагрева стали до высоких температур (1200-1290 °С). Так как при закалке быстрорежущих сталей требуются высокие температуры, а при высоких температурах наблюдается интенсивный процесс окисления и обезуглероживание поверхностного слоя инструмента, то с целью предотвращения этого процесса нагрев следует вести в соляных печах, чаще всего с использованием хлорида бария.
В процессе выдержки при отпуске из мартенсита и остаточного аустенита выделяются дисперсные карбиды состава М6С. Аустенит, обедняясь углеродом и легирующими элементами, переходя границу начала мартенситного превращения (Мн), становится менее устойчивым и подвергается мартенситному превращению. На рисунке 5 участки выделены красным цветом.
Однако однократного отпуска оказывается недостаточно для полного превращения остаточного аустенита, т.к. за первый отпуск превращается в мартенсит только около половины всего остаточного аустенита. После второго отпуска еще примерно половина из оставшегося аустенита превращается в мартенсит. После третьего отпуска в структуре быстрорежущей стали находится не более 2 % остаточного аустенита, что вполне допустимо по эксплуатационным условиям.
В целях сокращения операций отпуска и для более полного превращения остаточного аустенита в мартенсит инструмент после закалки немедленно подвергают обработке холодом при температуре минус 80 °С. После выдержки такого инструмента в холодильной установке в течение 30-60 мин он подвергается отпуску при температуре 550-560 °С в течение 1 часа для снятия внутреннх напряжений.
Загрузка...
