Большая Энциклопедия Нефти и Газа. Быстрорежущая инструментальная сталь


    Быстрорежущая инструментальная сталь PI8

    Поиск Лекций

    Основным требованием, предъявляемым к стали для режущего инструмента, является сохранение режущей кромки в течение длительного времени. Чтобы эта полоска металла была устойчивой против истирания, она должна иметь высокую твердость, как правило, выше 60HRC.

    На отделение стружки от обрабатываемой детали при резании затрачивается определенная механическая работа, которая в процессе резания превращается в тепло. Это тепло нагревает кромки режущего инструмента свыше 600 °С и может приводить к снижению их твердости и быстрому затуплению.

    В отличие от других инструментальных сталей быстрорежущие стали обладают высокой красностойкостью, то есть способностью сохранять мартенситную структуру и, соответственно, высокую твердость, прочность и износостойкость, и, следовательно, высокие режущие свойства, при повышенных температурах (до 600 - 620 °С). Применение их позволяет значительно повышать скорость резания (в 2 - 4 раза) и стойкость инструментов (в 10 - 30 раз) по сравнению со сталями, не обладающими красностойкостью. Так, твердость закаленной углеродистой стали начинает быстро падать после нагрева до 200 °С (вследствие распада мартенсита).

    Высокая красностойкость быстрорежущих сталей обеспечивается введением большого количества вольфрама совместно с другими карбидообразующими элементами (Mo, V), а также кобальтом.

    Быстрорежущие стали обозначаются буквой Р, цифра, после которой указывает содержание вольфрама – основного легирующего элемента в процентах (ГОСТ 19265-73).

    Химический состав наиболее распространенной стали P18:

    0,7 - 0,8 %С; 3,8 - 4,4 % Сг; 17,0 - 18,5 % W, ≤1,0 % Мо; 1,0 - 1,4 % V.

    Из-за высокого содержания карбидообразующих элементов быстрорежущие стали, содержащие 0,7 - 0,8 %С по структуре после отжига быстрорежущие стали относятся к ледебуритному классу. В литом виде имеют хрупкую ледебуритную эвтектику. Ее устраняют путем измельчения первичных карбидов горячей деформацией (ковкой), что возможно, так как в ледебурите литой быстрорежущей стали углерода значительно меньше, чем в чугунах.

    Для снижения твердости (до 2070 - 2550 НВ) деформированную сталь перед механической обработкой подвергают изотермическому отжигу. Структура отожженных сталей состоит из сорбитообразного перлита, вторичных и более крупных первичных карбидов (рис. 4.7). Общее количество карбидов в стали составляет примерно 28 %. Основным карбидом в стали PI8 является сложный карбид вольфрама переменного состава Fe3W3C (М6С) который растворяет в себе часть ванадия и хрома. В карбидах находится 80 - 95 %вольфрама и ванадия и около половины хрома. Остальная часть легирующих элементов растворена в феррите.

    Рис.4.7. Микроструктура быстрорежущей стали (ковано-отожженная)

     

    Высокие режущие свойства инструмент из быстрорежущей стали приобретает после закалки и трехкратного отпуска (рис. 4.8). Из-за низкой теплопроводности быстрорежущие стали при закалке нагревают медленно с прогревами при 450 °С и 850 °С. Особенность закалки быстрорежущих сталей – высокая температура нагрева, которая необходима для обеспечения красностойкости за счет получения после закалки высоколегированного мартенсита в результате перехода в аустенит максимального количества вторичных специальных карбидов. Высокая температура закалки (около 1300 °С) не вызывает перегрева – роста зерна из-за его торможения включениями первичных карбидов, не растворяющимися в аустените, и высокой скорости нагрева в расплаве солей в соляных ваннах, дополнительно уменьшающего окисление и обезуглероживание.

    Рис.4.8. Схема термической обработки быстрорежущей стали

    ( без обработки холодом)

     

    После закалки сталь не обладает максимальной твердостью (не выше 60 НRС), так как в структуре, кроме мартенсита и первичных карбидов содержится 30 - 40 %остаточного аустенита, присутствие которого вызвано снижением точки Мк ниже 0 оС из-за высокого содержания растворенных в нем легирующих элементов и углерода (рис.4.9).

    Рис.4.9. Микроструктура стали PI8 после закалки (нетравящийся высоколегированный мартенсит, первичные карбиды и остаточный аустенит)

     

    Чтобы полностью превратить снижающий режущие свойства инструмента остаточный аустенит в мартенсит, после закалки проводится отпуск при температуре 560 °С. В процессе выдержки при отпуске (1 час) из мартенсита и остаточного аустенита выделяются дисперсные вторичные карбиды М6С. Этот процесс протекает наиболее интенсивно при 560 °С в течение первого часа, а затем замедляется. У аустенита, обедненного углеродом и легирующими элементами, повышаются точки Мн и при охлаждении ниже Мн происходит мартенситное превращение. Однократный отпуск не обеспечивает превращения всего остаточного аустенита. Применяют трехкратный отпуск с выдержкой 1 час и охлаждением на воздухе. Применение после закалки обработки холодом сокращает цикл термической обработки (рис. 4.10).

    После окончательной термической обработки быстрорежущая сталь имеет структуру, состоящую из мартенсита отпуска и карбидов (рис. 4.11) и твердость HRC 64 - 65.

    В результате сложной термической обработки быстрорежущая сталь приобретает высокую твердость и красностойкость.

    Рис.4.10. Схема термической обработки быстрорежущей стали(с обработкой холодом)

    Рис. 4.11. Микроструктура быстрорежущей стали PI8 после закалки и отпуска

    poisk-ru.ru

    Быстрорежущая инструментальная сталь - Большая Энциклопедия Нефти и Газа, статья, страница 1

    Быстрорежущая инструментальная сталь

    Cтраница 1

    Быстрорежущая инструментальная сталь содержит вольфрам, хром и ьанадий.  [1]

    Быстрорежущая инструментальная сталь предназначена для изготовления инструментов с большим сопротивлением изнашиванию, от которых требуется сохранение режущих свойств при нагревании во время работы до температуры порядка 600 С.  [2]

    Быстрорежущая инструментальная сталь в отличие от углеродистой и легированной инструментальной стали обладает большим сопротивлением износу и большей теплостойкостью.  [3]

    Быстрорежущие инструментальные стали в настоящее время практически полностью вытеснили углеродистые и низколегированные стали. Из высоколегированных быстрорежущих сталей изготовляют все виды и типоразмеры инструментов для удовлетворения потребностей механообрабатывающих цехов машиностроительных заводов.  [4]

    Быстрорежущая инструментальная сталь содержит вольфрам, хром и вянадий.  [5]

    Быстрорежущая инструментальная сталь по сравнению с углеродистыми и легированными инструментальными сталями имеет более высокое содержание присадок хрома, вольфрама, ванадия и молибдена. Эти присадки, особенно вольфрам и молибден, придают быстрорежущей стали высокую износостойкость и теплостойкость. Сталь сохраняет необходимую твердость и режущие свойства при температуре примерно до 600 и допускает применение скоростей резания в среднем в 2 5 - 3 раза более высоких, чем при резании углеродистыми и легированными инструментальными сталями.  [6]

    Быстрорежущая инструментальная сталь в отличие от углеродистой и легированной инструментальной стали обладает большим сопротивлением износу и большей теплостойкостью.  [7]

    Быстрорежущие инструментальные стали в настоящее время практически полностью вытеснили углеродистые и низколегированные стали. Из высоколегированных быстрорежущих сталей изготовляют все виды и типоразмеры инструментов для удовлетворения потребностей механообрабатывающих цехов машиностроительных заводов.  [8]

    Быстрорежущая инструментальная сталь содержит большое количество вольфрама ( или молибдена), хрома, ванадия. Эти стали наряду с достаточно высокой горячей твердостью ( красностойкостью) обладают и повышенной прочностью. Инструмент из быстрорежущих сталей может быть использован как для черновой, так и для чистовой обработки. Увеличение содержания углерода в широкораспространенной быстрорежущей стали, содержащей 18 % вольфрама, 4 % хрома и 1 % ванадия, приводит к увеличению ее твердости и снижению прочности; сталь с повышенным содержанием углерода следует применять для изготовления инструмента, срезающего стружки малого сечения. Однако при этом увеличивается склонность стали к выкрашиванию и затрудняется ее шлифовка. Легирование ванадием обычно требует увеличения содержания углерода для обеспечения требуемой твердости.  [9]

    Быстрорежущие инструментальные стали марок Р9 и Р18 применяются главным образом для режущих инструментов при обработке материала на металлорежущих станках.  [11]

    В составе быстрорежущей инструментальной стали содержится до 18 - 22 % ( масс.) W. Вольфрамовая сталь даже при температуре красного каления сохраняет закалку. Карбиды вольфрама и молибдена ( WC и МоС) обладают большой твердостью и входят в состав сверхтвердых сплавов, из которых изготовляют наконечники сверл и резцов, предназначенные для механической обработки особо твердых металлов.  [12]

    В составе быстрорежущей инструментальной стали содержится до 18 - 22 % ( масс.) вольфрама.  [13]

    Особую группу составляют быстрорежущие инструментальные стали.  [14]

    Для заточки протяжек из быстрорежущих и инструментальных сталей применяются круги Э9 зернистостью 16 - 25, твердостью СМ1 - СМ2 на керамической связке.  [15]

    Страницы:      1    2    3

    www.ngpedia.ru

    Инструментальная быстрорежущая сталь - Большая Энциклопедия Нефти и Газа, статья, страница 1

    Инструментальная быстрорежущая сталь

    Cтраница 1

    Инструментальные быстрорежущие стали ( ГОСТ 9373 - 60) приобретают после термообработки высокую твердость, прочность и износостойкость и сохраняют режущие свойства при нагревании во время работы до 600 - 650 С. Это позволяет увеличивать скорости резания инструментами из быстрорежущей стали в 2 - 4 раза и повышает их стойкость по сравнению с инструментами из углеродистой или легированной стали.  [2]

    Инструментальные быстрорежущие стали ( ГОСТ 9373 - 60) приобретают после термообработки высокую твердость, прочность и износостойкость, сохраняя режущие свойства при нагревании во время работы до 600 - 650 С. Это позволяет увеличить скорость резания инструментами из быстрорежущей стали в 2 - 4 раза и повышает их стойкость по сравнению с инструментами из углеродистой или легированной стали. Преимущества быстрорежущей стали проявляются главным образом при обработке прочных ( а 100 кГ / мм.  [3]

    Инструментальные быстрорежущие стали получили такое название потому, что в период их внедрения они работали на значительно больших скоростях резания, не утрачивая своих свойств, чем инструментальные углеродистые и легированные стали. С повышением скорости резания повышается температура нагрева режущей части инструмента. Углеродистые, а также большинство легированных инструментальных сталей при температурах 250 - 300 С теряют свою твердость вследствие изменения структуры, поэтому не могут использоваться в качестве инструмента, работающего при больших скоростях резания.  [4]

    Инструментальная быстрорежущая сталь - горячекатанная, кованая и холоднотянутая шлифованная ( серебрянка) - предназначается для изготовления инструментов высокой производительности с большим сопротивлением изнашиванию, от которых требуется сохранение режущих свойств при нагревании во время работы до температуры около 600 С.  [5]

    Инструментальная быстрорежущая сталь марки Р18 ( Р18М) обладает высокой красностойкостью; твердостью в горячем состоянии и износостойкостью, а также хорошей вязкостью и удовлетворительной шлифуемостью. Эта сталь применяется для изготовления различных режущих инструментов, для обработки мягких и средней твердости материалов.  [6]

    Инструментальные быстрорежущие стали содержат 6 - 19 % вольфрама и 3 - 4 6 % хрома. Инструмент, изготовленный из такой стали, выдерживает нагрев до температуры 600 С, не теряя своих режущих свойств. После термической обработки инструмент из быстрорежущих сталей имеет твердость HRC 62 - 63 и может работать при скоростях резания, в 2 - 3 раза превышающих скорости резания инструментов из инструменталльных углеродистых сталей.  [7]

    Кроме инструментальных и быстрорежущих сталей, твердых сплавов и алмазов, в качестве инструментального материала в машиностроении широко применяется минералокерамика.  [8]

    Для инструментальной и быстрорежущей стали при цианировании применяется паста состава ( В. А. Иванов): 50 % порошка древесного угля, 25 % Na2CO3 и 25 % K4Fe ( CN) 6, разведенная в 15 % - ном водном растворе патоки. Паста наносится на инструмент слоем толщиной в 6 - 8 мм. После просушки пасты инструмент упаковывается в железный ящик с засыпкой чугунной стружкой.  [9]

    Для инструментальной и быстрорежущей стали при цианировании применяется паста состава: 50 % порошка древесного угля, 25 % Na2CO3 и 25 % K4Fe ( CN) 6, разведенная в 15 % - ном водном растворе патоки. Паста наносится на инструмент слоем толщиной 6 - 8 мм. После просушки пасты инструмент упаковывается в железный ящик с засыпкой чугунной стружкой.  [10]

    В целях экономии инструментальных и быстрорежущих сталей фрезы изготовляют составными. Крепление режущих пластинок к корпусу осуществляется механическим способом, пайкой и наплавкой.  [12]

    Например, в инструментальных быстрорежущих сталях карбидо-образующие элементы W, Мо, V, Сг способствуют образованию красностойкого мартенсита. Благодаря этому высокая твердость стали сохраняется до температур 560 - 600 С, тогда как мартенсит углеродистой стали начинает распадаться при 200 - 240 С, что снижает твердость стали.  [13]

    К первой группе относятся углеродистые инструментальные, легированные инструментальные и быстрорежущие стали.  [14]

    Головку резца изготавливают из инструментальных, быстрорежущих сталей, твердых сплавов, минералокерамики и сверхтвердых материалов; стержень изготавливают из конструкционной стали.  [15]

    Страницы:      1    2    3    4

    www.ngpedia.ru

    Быстрорежущая сталь - это... Что такое Быстрорежущая сталь?

    Быстроре́жущие ста́ли — легированные стали, предназначенные, главным образом, для изготовления металлорежущего инструмента, работающего при высоких скоростях резания.

    Быстрорежущая сталь должна обладать высоким сопротивлением разрушению, твёрдостью (в холодном и горячем состояниях) 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.

    Истории создания

    Сверло с покрытием из нитрида титана

    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[1].

    Барьер этот удалось преодолеть после того, как в 1858 году Р.

    Мюшетт получил сталь, содержащую 1,85 % углерода, 9 % вольфрама и 2,5 % марганца. Спустя десять лет Мюшетт изготовил новую сталь, получившую название самокалки. Она содержала 2,15 % углерода, 0,38 % марганца, 5,44 % вольфрама и 0,4 % хрома. Через три года на заводе Самуэля Осберна в Шеффилде началось производство мюшеттовой стали. Она не теряла режущей способности при нагревании до 300 °C и позволяла в полтора раза увеличить скорость резания металла — 7,5 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.

    Еще через 5—6 лет появилась, сверхбыстрорежущая сталь, допускающая скорость резания до 35 м/мин. Так, благодаря вольфраму было достигнуто повышение скорости резания за 50 лет в семь раз и, следовательно, во столько же раз повысилась производительность металлорежущих станков.

    Дальнейшее успешное использование вольфрама нашло себе применение в создании твердых сплавов, которые состоят из вольфрама, хрома, кобальта. Были созданы такие сплавы для резцов, как стеллит. Первый стеллит позволял повысить скорость резания до 45 м/мин при температуре 700—750 °C. Сплав видиа, выпущенный Круппом в 1927 году, имел твердость по шкале Мооса 9,7—9,9 (твердость алмаза равна 10).

    В 1970-х годах в связи с дефицитом вольфрама быстрорежущая сталь марки Р18 была почти повсеместно заменена на сталь марки Р6М5, которая в свою очередь вытесняется безвольфрамовыми Р0М5Ф1 и Р0М2Ф3.

    Характеристики быстрорежущих сталей

    Горячая твердость

    Твердость инструментальных сталей при повышенных температурах[2]

    На рисунке 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 °C твердость углеродистой стали начинает быстро падать. Для этой стали недопустим режим резания, при котором инструмент нагревался бы выше 200 °C. У быстрорежущей стали высокая твердость сохраняется при нагреве до 500—600 °C. 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. То есть 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.

    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 K4р58).

    Характеристики теплостойкости углеродистых и красностойкости быстрорежущих инструментальных сталей[3] Марка стали Температура отпуска, °C Время выдержки, час Твердость, HRCэ
    У7, У8, У10, У12 150—160 1 63
    Р9 580 4
    У7, У8, У10, У12 200—220 1 59
    Р6М5К5, Р9, Р9М4К8, Р18 620—630 4

    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 (более 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.

    Химический состав быстрорежущих сталей

    Химический состав некоторых быстрорежущих сталей Марка стали C Cr W Mo V Co
    Р0М2Ф3 1,10—1,25 3,8—4,6 2,3—2,9 2,6—3,3
    Р6М5 0,82—0,90 3,8—4,4 5,5—6,5 4,8—5,3 1,7—2,1 < 0,50
    Р6М5Ф2К8 0,95—1,05 3,8—4,4 5,5—6,6 4,6—5,2 1,8—2,4 7,5—8,5
    Р9 0,85—0,95 3,8—4,4 8,5—10,0 < 1,0 2,0—2,6
    Р18 0,73—0,83 3,8—4,4 17,0—18,5 < 1,0 1,0—1,4 < 0,50

    Изготовление и обработка быстрорежущих сталей

    Быстрорежущие стали изготавливают как классическим способом (разливка стали в слитки, прокатка и проковка), так и методами порошковой металлургии (распыление струи жидкой стали азотом)[2]. Качество быстрорежущей стали в значительной степени определяется степенью ее прокованности. При недостаточной проковке изготовленной классическим способом стали наблюдается карбидная ликвация.

    При изготовлении быстрорежущих сталей распространенной ошибкой является подход к ней как к «самозакаливающейся стали». То есть 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 добавок 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. Снижения количества остаточного аустенита добиваются двумя путями: обработкой стали холодом или многократным отпуском[2]. При обработке стали холодом ее охлаждают до −80…−70 °C, затем проводят отпуск. При многократном отпуске цикл «нагрев — выдержка — охлаждение» проводят по 2—3 раза. В обоих случаях добиваются существенного снижения количества остаточного аустенита, однако полностью избавиться от него не получается.

    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 (то есть на первой стадии выделения при отпуске до 200 °C), твердость заметно не снижается. Но если температуру отпуска поднять выше 200 °C, 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 °C.

    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

    В советских и российских марочниках сталей марки быстрорежущих сталей обычно имеют особую систему обозначений и начинаются с буквы «Р» (rapid — скорость). Связанно это с тем, что эти стали были изобретены в Англии, где такую сталь называли «rapid steel». Цифра после буквы «Р» обозначает среднее содержание в ней вольфрама (в процентах от общей массы, буква В пропускается). Затем указывается после букв М, Ф и К содержание молибдена, ванадия и кобальта. Инструменты из быстрорежущей стали иностранного производства обычно маркируются аббревиатурой HSS (High Speed Steel).

    Применение

    В последние десятилетия использование быстрорежущей стали сокращается в связи с широким распространением твёрдых сплавов. Из быстрорежущей стали изготавливают в основном концевой инструмент (метчики, свёрла, фрезы небольших диаметров) В токарной обработке резцы со сменными и напайными твердосплавными пластинами почти полностью вытеснили резцы из быстрорежущей стали.

    По применению отечественных марок быстрорежущих сталей существуют следующие рекомендации.

    • Сталь Р9 рекомендуют для изготовления инструментов простой формы не требующих большого объема шлифовки, для обработки обычных конструкционных материалов. (резцов, фрез, зенкеров).
    • Для фасонных и сложных инструментов (для нарезания резьб и зубьев), для которых основным требованием является высокая износостойкость, рекомендуют использовать сталь Р18 (вольфрамовая).
    • Кобальтовые быстрорежущие стали (Р9К5, Р9К10) применяют для обработки деталей из труднообрабатываемых коррозионно-стойких и жаропрочных сталей и сплавов, в условиях прерывистого резания, вибраций, недостаточного охлаждения.
    • Ванадиевые быстрорежущие стали (Р9Ф5, Р14Ф4) рекомендуют для изготовления инструментов для чистовой обработки (протяжки, развёртки, шеверы). Их можно применять для обработки труднообрабатываемых материалов при срезании стружек небольшого поперечного сечения.
    • Вольфрамомолибденовые стали (Р9М4, Р6М3) используют для инструментов, работающих в условиях черновой обработки, а также для изготовления протяжек, долбяков, шеверов, фрез.

    Примечания

    1. ↑ Мезенин Н. А. Занимательно о железе. — М.: «Металлургия», 1972. — 200 с.
    2. ↑ 1 2 3 Гуляев А. П. Металловедение. Учебник для втузов. 6-е изд., перераб. и доп. — М.: Металлургия, 1986. — 544 с.
    3. ↑ Марочник сталей и сплавов / В. Г. Сорокин, А. В. Волосникова, С. А. Вяткин, и др. Под общ. ред. В. Г. Сорокина. — М.: Машиностроение, 1989. — 640 с.

    Литература

    • Гуляев А. П. Металловедение. Учебник для втузов. 6-е изд., перераб. и доп. — М.: «Металлургия», 1986. — 544 с.
    • Технология конструкционных материалов. Под ред. А. М. Дальского. — М.: «Машиностроение», 1958.

    biograf.academic.ru

    Быстрорежущая сталь - это... Что такое Быстрорежущая сталь?

    Быстроре́жущие ста́ли — легированные стали, предназначенные, главным образом, для изготовления металлорежущего инструмента, работающего при высоких скоростях резания.

    Быстрорежущая сталь должна обладать высоким сопротивлением разрушению, твёрдостью (в холодном и горячем состояниях) 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.

    Истории создания

    Сверло с покрытием из нитрида титана

    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[1].

    Барьер этот удалось преодолеть после того, как в 1858 году Р.

    Мюшетт получил сталь, содержащую 1,85 % углерода, 9 % вольфрама и 2,5 % марганца. Спустя десять лет Мюшетт изготовил новую сталь, получившую название самокалки. Она содержала 2,15 % углерода, 0,38 % марганца, 5,44 % вольфрама и 0,4 % хрома. Через три года на заводе Самуэля Осберна в Шеффилде началось производство мюшеттовой стали. Она не теряла режущей способности при нагревании до 300 °C и позволяла в полтора раза увеличить скорость резания металла — 7,5 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.

    Еще через 5—6 лет появилась, сверхбыстрорежущая сталь, допускающая скорость резания до 35 м/мин. Так, благодаря вольфраму было достигнуто повышение скорости резания за 50 лет в семь раз и, следовательно, во столько же раз повысилась производительность металлорежущих станков.

    Дальнейшее успешное использование вольфрама нашло себе применение в создании твердых сплавов, которые состоят из вольфрама, хрома, кобальта. Были созданы такие сплавы для резцов, как стеллит. Первый стеллит позволял повысить скорость резания до 45 м/мин при температуре 700—750 °C. Сплав видиа, выпущенный Круппом в 1927 году, имел твердость по шкале Мооса 9,7—9,9 (твердость алмаза равна 10).

    В 1970-х годах в связи с дефицитом вольфрама быстрорежущая сталь марки Р18 была почти повсеместно заменена на сталь марки Р6М5, которая в свою очередь вытесняется безвольфрамовыми Р0М5Ф1 и Р0М2Ф3.

    Характеристики быстрорежущих сталей

    Горячая твердость

    Твердость инструментальных сталей при повышенных температурах[2]

    На рисунке 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 °C твердость углеродистой стали начинает быстро падать. Для этой стали недопустим режим резания, при котором инструмент нагревался бы выше 200 °C. У быстрорежущей стали высокая твердость сохраняется при нагреве до 500—600 °C. 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. То есть 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.

    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 K4р58).

    Характеристики теплостойкости углеродистых и красностойкости быстрорежущих инструментальных сталей[3] Марка стали Температура отпуска, °C Время выдержки, час Твердость, HRCэ
    У7, У8, У10, У12 150—160 1 63
    Р9 580 4
    У7, У8, У10, У12 200—220 1 59
    Р6М5К5, Р9, Р9М4К8, Р18 620—630 4

    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 (более 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.

    Химический состав быстрорежущих сталей

    Химический состав некоторых быстрорежущих сталей Марка стали C Cr W Mo V Co
    Р0М2Ф3 1,10—1,25 3,8—4,6 2,3—2,9 2,6—3,3
    Р6М5 0,82—0,90 3,8—4,4 5,5—6,5 4,8—5,3 1,7—2,1 < 0,50
    Р6М5Ф2К8 0,95—1,05 3,8—4,4 5,5—6,6 4,6—5,2 1,8—2,4 7,5—8,5
    Р9 0,85—0,95 3,8—4,4 8,5—10,0 < 1,0 2,0—2,6
    Р18 0,73—0,83 3,8—4,4 17,0—18,5 < 1,0 1,0—1,4 < 0,50

    Изготовление и обработка быстрорежущих сталей

    Быстрорежущие стали изготавливают как классическим способом (разливка стали в слитки, прокатка и проковка), так и методами порошковой металлургии (распыление струи жидкой стали азотом)[2]. Качество быстрорежущей стали в значительной степени определяется степенью ее прокованности. При недостаточной проковке изготовленной классическим способом стали наблюдается карбидная ликвация.

    При изготовлении быстрорежущих сталей распространенной ошибкой является подход к ней как к «самозакаливающейся стали». То есть 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 добавок 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. Снижения количества остаточного аустенита добиваются двумя путями: обработкой стали холодом или многократным отпуском[2]. При обработке стали холодом ее охлаждают до −80…−70 °C, затем проводят отпуск. При многократном отпуске цикл «нагрев — выдержка — охлаждение» проводят по 2—3 раза. В обоих случаях добиваются существенного снижения количества остаточного аустенита, однако полностью избавиться от него не получается.

    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 (то есть на первой стадии выделения при отпуске до 200 °C), твердость заметно не снижается. Но если температуру отпуска поднять выше 200 °C, 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 °C.

    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

    В советских и российских марочниках сталей марки быстрорежущих сталей обычно имеют особую систему обозначений и начинаются с буквы «Р» (rapid — скорость). Связанно это с тем, что эти стали были изобретены в Англии, где такую сталь называли «rapid steel». Цифра после буквы «Р» обозначает среднее содержание в ней вольфрама (в процентах от общей массы, буква В пропускается). Затем указывается после букв М, Ф и К содержание молибдена, ванадия и кобальта. Инструменты из быстрорежущей стали иностранного производства обычно маркируются аббревиатурой HSS (High Speed Steel).

    Применение

    В последние десятилетия использование быстрорежущей стали сокращается в связи с широким распространением твёрдых сплавов. Из быстрорежущей стали изготавливают в основном концевой инструмент (метчики, свёрла, фрезы небольших диаметров) В токарной обработке резцы со сменными и напайными твердосплавными пластинами почти полностью вытеснили резцы из быстрорежущей стали.

    По применению отечественных марок быстрорежущих сталей существуют следующие рекомендации.

    • Сталь Р9 рекомендуют для изготовления инструментов простой формы не требующих большого объема шлифовки, для обработки обычных конструкционных материалов. (резцов, фрез, зенкеров).
    • Для фасонных и сложных инструментов (для нарезания резьб и зубьев), для которых основным требованием является высокая износостойкость, рекомендуют использовать сталь Р18 (вольфрамовая).
    • Кобальтовые быстрорежущие стали (Р9К5, Р9К10) применяют для обработки деталей из труднообрабатываемых коррозионно-стойких и жаропрочных сталей и сплавов, в условиях прерывистого резания, вибраций, недостаточного охлаждения.
    • Ванадиевые быстрорежущие стали (Р9Ф5, Р14Ф4) рекомендуют для изготовления инструментов для чистовой обработки (протяжки, развёртки, шеверы). Их можно применять для обработки труднообрабатываемых материалов при срезании стружек небольшого поперечного сечения.
    • Вольфрамомолибденовые стали (Р9М4, Р6М3) используют для инструментов, работающих в условиях черновой обработки, а также для изготовления протяжек, долбяков, шеверов, фрез.

    Примечания

    1. ↑ Мезенин Н. А. Занимательно о железе. — М.: «Металлургия», 1972. — 200 с.
    2. ↑ 1 2 3 Гуляев А. П. Металловедение. Учебник для втузов. 6-е изд., перераб. и доп. — М.: Металлургия, 1986. — 544 с.
    3. ↑ Марочник сталей и сплавов / В. Г. Сорокин, А. В. Волосникова, С. А. Вяткин, и др. Под общ. ред. В. Г. Сорокина. — М.: Машиностроение, 1989. — 640 с.

    Литература

    • Гуляев А. П. Металловедение. Учебник для втузов. 6-е изд., перераб. и доп. — М.: «Металлургия», 1986. — 544 с.
    • Технология конструкционных материалов. Под ред. А. М. Дальского. — М.: «Машиностроение», 1958.

    brokgauz.academic.ru