Быстрорежущие стали твердые сплавы и их применение

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.

Быстрорежущие стали твердые сплавы и их применение

Быстрорежущие стали

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.

Быстрорежущие стали твердые сплавы и их применение

Основные характеристики быстрорежущих сталей

Характеристики быстрорежущей стали следующие:

  1. 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.
  2. 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.
  3. 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:

  1. 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.
  2. Сплавы, в составе которых не более 5% кобальта и до 18% вольфрама. Виды быстрорежущей стали этой группы следующие: Р9К5, Р10Ф5К5 и другие.
  3. 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.

Быстрорежущие стали твердые сплавы и их применение

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.

Быстрорежущие стали твердые сплавы и их применение

Режущий инструмент из быстрорежущей стали

Область применения достаточно обширна:

  1. Изготовление сверл. Сверла имеют достаточно сложную форму и конструкцию, которая получается путем литья.
  2. Изготовление резцов. Сегодня для удешевления резцов их основная часть изготавливается из недорого металла, и только режущая кромка из износостойкого материала.
  3. Изготовление напаек для режущего инструмента. В некоторые случаях режущая кромка сменная.
  4. 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.

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:

  1. Для повышения качества термической обработки нагрев проводится в несколько этапов. При этом выдержка проводится при определенной температуре, а также проводится многократный отпуск.
  2. Отпуск подразумевает охлаждение заготовки до низкой температуры, которая часто составляет — 800 градусов Цельсия.
  3. Закалка должна проводится при достаточно высокой температуре, так как только в этом случае происходит полное перестроение кристаллической решетки.
  4. 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.

Быстрорежущие стали твердые сплавы и их применение

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:

  1. 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.
  2. 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.
  3. В некоторых случаях химический состав металла изменяется путем сульфидирования поверхности. Подобным образом можно повысить твердость и прочность поверхности.
  4. 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.

Материалы применяемые для режущего инструмента

Для изготовления режущих инструментов применяют различные материалы:

  • Сталь инструментальная углеродистая
  • Сталь легированная
  • Сталь быстрорежущая
  • Твердые сплавы
  • Минералокерамические материалы
  • Алмазы

Сталь быстрорежущая

Быстрорежущими называют стали, содержащие от 8,5 до 19% вольфрама и от 3,8 до 4,4% хрома, а также кобальт и ванадий.

После термической обработки, включающей закалку и многократный (двух- или трехкратный) отпуск при температуре 550..600° С, инструмент из быстрорежущих сталей может иметь твердость HRC 63—65, и характеризуется повышенным сопротивлением износу и теплостойкостью до 600° С.

В настоящее время выпускаются следующие марки быстрорежущей стали:

  • Р9, Р18, Р9Ф5, Р18Ф2 — стали нормальной производительности;
  • Р9К5, Р14Ф4, Р9К10, Р18К5Ф2 и Р10К5Ф5 — стали повышенной производительности.

Обозначение быстрорежущих сталей:

  • Буква Р обозначает, что сталь относится к группе быстрорежущих;
  • Цифра, стоящая после буквы Р, показывает среднее содержание вольфрама в процентах;
  • Цифра после буквы К — среднее содержание кобальта;
  • Цифра после буквы Ф — среднее содержание ванадия.
  • Резцы из быстрорежущей стали рекомендуется применять там для инструмента, где нет быстроходных и мощных станков и, следовательно, не могут быть эффективно использованы резцы с пластинками из твердого сплава, либо при работе с ударами, когда твердосплавные резцы недостаточно прочны.
  • Быстрорежущую сталь марки Р18 применяют для изготовления особенно ответственного режущего инструмента и фасонных резцов.
  • Быстрорежущие стали марок Р9К5, Р9К10, Р18К5Ф2 и Р10К5Ф5 — стали повышенной производительности — имеют более высокую твердость, красностойкость и повышенную износостойкость по сравнению с быстрорежущей сталью Р18, рекомендуется применять при обработке труднообрабатываемых легированных сталей, высокопрочных нержавеющих и жаропрочных сталей и сплавов.
  • При обработке чугуна быстрорежущую сталь применять не рекомендуется.

Твердые сплавы

Твердые сплавы — наиболее производительные из всех существующих инструментальных материалов.

Твердые сплавы, изготовляемые в СССР, делятся на три группы:

  • вольфрамовая (однокарбидные);
  • титано-вольфрамовая (двухкарбидные);
  • титано-тантало-вольфрамовая (трехкарбидные).

Однокарбидные твердые сплавы условно обозначаются буквами ВК и цифрой, указывающей процент содержания кобальта. Например, в сплаве ВК8 содержится 92% карбида вольфрама и 8% кобальта. К этой же группе относятся марки ВК2, ВК3М, ВК4 и ВК8.

Двухкарбидные твердые сплавы обозначаются буквами ТК и цифрами, стоящими после каждой из этих букв, которые указывают соответственно процент содержания карбида титана и кобальта. Например, твердый сплав Т15К6 содержит 15% карбида титана, 6% — кобальта, остальные 79% составляет карбид вольфрама.

К группе двухкарбидных твердых сплавов относятся марки Т5К10, Т14К8, Т15К6, Т30К4 и Т5К12В.

Трехкарбидные твердые сплавы условно обозначаются буквами ТТК и цифрами, стоящими после букв ТТ и К, которые указывают соответственно процент содержания карбида титана, карбида тантала и кобальта. Например, твердый сплав ТТ7К12 содержит 7% карбида титана и карбида тантала (из них 4% TaC и 3% TiC), 12% кобальта, остальные 81% составляет карбид вольфрама.

Твердые сплавы изготовляют в виде пластинок, которые припаивают или механически прикрепляют к стержню резца.

Читайте также:  Науглероживание стали в домашних условиях

Основное преимущество твердых сплавов заключается в их исключительно высокой твердости (HRA 87—91), хорошей сопротивляемости истиранию сходящей стружкой и высокой температурной стойкости (800—900° С).

Благодаря этим ценным свойствам, резцы с пластинками из твердого сплава пригодны для обработки самых твердых металлов и неметаллических материалов (стекла, фарфора, пластмасс) со скоростями резания, превышающими в 3—4 раза и более скорости, допускаемые быстрорежущими резцами. Недостатком твердых сплавов является их хрупкость.

В табл. 11 приведены свойства и назначение основных марок твердых сплавов.

Быстрорежущие стали твердые сплавы и их применение

Cвойства и назначение основных марок твердых сплавов

Cвойства и назначение основных марок твердых сплавов. Смотреть в увеличенном масштабе

Быстрорежущие стали твердые сплавы и их применение

Cвойства и назначение основных марок твердых сплавов

Cвойства и назначение основных марок твердых сплавов. Смотреть в увеличенном масштабе

Быстрорежущие стали твердые сплавы и их применение

Cвойства и назначение основных марок твердых сплавов

Cвойства и назначение основных марок твердых сплавов. Смотреть в увеличенном масштабе

Минералокерамические сплавы имеют высокую температурную стойкость (до 1100..1200° С) и исключительно высокую износостойкость.

Это позволяет обрабатывать металлы, особенно чугун, резцами с минералокерамическими пластинами на более высоких скоростях резания по сравнению с твердосплавными резцами. Основным недостатком минералокерамических пластинок является их повышенная хрупкость.

Поэтому при применении резцов с минералокерамическими пластинками следует избегать ударов, вибраций и других неблагоприятных условий работы, которые могут привести к разрушению пластинок.

Испытания резцов, оснащенных минералокерамическими пластинками, показали, что при получистовом и чистовом точении деталей из стали, чугуна и цветных металлов в условиях безударной работы они могут успешно заменить по производительности резцы с твердосплавными пластинками. Эти же испытания показали, что минералокерамические пластинки в целях меньшего их выкрашивания и поломок лучше крепить механическим путем, чем припаивать или приклеивать к стержням.

Краткий исторический обзор получения материалов для изготовления режущих инструментов

Основоположниками учения о резании металлов считают выдающихся русских ученых И. А. Тиме (1838—1920), К. А. Зворыкина (1861 — 1928), Я. Г. Усачева (1873—1941).

Работы этих ученых получили мировое признание и до сих пор не утратили своей ценности.

В 1868 г. профессор Петербургского горного института И. А. Тиме подробно исследовал процесс резания различных металлов.

Он впервые объяснил, как происходит процесс образования стружки, и дал классификацию стружек, получающихся при резании металлов в различных условиях. И. А. Тиме определил пути дальнейшего развития учения о резании металлов.

Он также первый в мире теоретически вывел формулы для определения силы резания и объяснил явление усадки стружки.

Крупный вклад в области резания металлов сделал профессор К. А. Зворыкин. В 1893 г. им впервые был создан прибор для определения силы резания. Он первый дал схему сил, действующих на резец, и теоретически вывел наиболее точную для своего времени формулу для определения силы резания.

Мировую известность получили также работы старшего мастера Петербургского политехнического института Я. Г. Усачева. Применив микроскоп, он впервые в 1912 г.

произвел глубокое исследование процесса образования стружки и наметил новое направление в науке о резании металлов — изучение физических явлений процесса резания. Я. Г.

Усачев установил явление наклепа, объяснил процесс образования нароста, разработал метод определения температуры резца и др.

Достойными продолжателями русских ученых дореволюционного периода являются наши ученые, создавшие советскую школу резания металлов, отличительной особенностью которой является тесное содружество науки с производством, ученых с новаторами производства.

Работами советских ученых совместно с рабочими-новаторами было создано впервые в мировой науке высокопроизводительное резание металлов (резание с большими скоростями и подачами).

Это явилось важным резервом дальнейшего повышения производительности труда в машиностроении.

Особенно значительный вклад в учение о резании металлов был сделан советскими учеными А. В. Панкиным, В. А. Кривоуховым, Н. И. Резниковым, И. М. Беспрозванным, М. Н. Лариным, Г. И. Грановским, П. П. Грудовым.

Рубикон, 2019

Полезные ссылки по теме

Быстрорежущие стали твердые сплавы и их применение — Мастерок

Быстрорежущие стали твердые сплавы и их применение

Теплостойкие стали высокой твердости, называемые быстрорежущими или быстрорезами, – группа высоколегированных инструментальных сталей, которые благодаря составу и специальным режимам термообработки на вторичную твердость имеют очень высокое иносо- и красностойкость(до 550 – 600°С). Они сочетают теплостойкость (600-700˚С) с высокой твердостью (HRC 63-70) и повышенным сопротивлением пластической деформации. В результате применениябыстрорежущих сталей стало возможным увеличить скорость резания в 2-4 раза (а более новых сталей с интерметаллидным упрочнением даже в 5-6 раз) и повысить стойкость инструментов в 10-40 и более раз по сравнению с получаемыми для инструментов из нетеплостойких сталей. Эти преимущества проявляются при резании: с повышенной скоростью, т.е. в условиях нагрева режущей кромки, или при меньшей скорости, но с высоким давлением. Для понимания особенностей свойств и области использования их важно, что снижение их твердости на HRC 2-4 по сравнению с получаемой максимальной может сопровождаться ухудшением вязкости, прочности и износостойкости. Быстрорежущая сталь необходима в использовании в состоянии высокой твердости и при работе без больших динамических нагрузок.

Теплостойкость быстрореза создается специальным легированием и закалкой с очень высоких температур: 1200-1300˚С. Основные легирующие элементы – вольфрам или вольфрам вместе с молибденом.

Многочисленные быстрорежущие стали целесообразно различать по главному свойству: умеренной, повышенной и высокой теплостойкости.

Стали умеренной и повышенной теплостойкости имеют относительно высокое содержание углерода (≥0,6-0,7%) и одинаковую природу упрочнения; вторичная твердость создается выделением карбидов при отпуске.

https://www.youtube.com/watch?v=L7l91PNslfg\u0026t=376s

Быстрорежущая сталь умеренной теплостойкости сохраняют твердость HRC 60 после нагрева (4ч) до 615-620˚С. Они пригодны для резания сталей и чугунов с твердостью до HB 250-280, т.е.

большинства конструкционных материалов, и используются наиболее широко (78-80% от общего производства быстрорежущих сталей).

Характерными представителями этой группы являются стали Р18 и более рационально легированные: вольфрамовые (сталь Р12) и вольфрамомолибденовые (сталь Р6М5).

Стали повышенной теплостойкости имеют высокое содержание или углерода (азота) или же их легируют дополнительно кобальтом. Они сохраняют твердость HRC 60 после нагрева 630-650˚С. Стойкость инструментов при правильном использовании этих сталей в 1,5-4 раза выше, чем у сталей умеренной теплостойкости.

Стали высокой теплостойкости сохраняют твердость HRC 60 после нагрева 700-730˚С. Природа их упрочнения принципиально другая – за счет выделения интерметаллидов. Эти стали при правильном назначении, например для резания многих труднообрабатываемых материалов, обеспечивают повышение стойкости в 10-15 и более раз.

Маркировка быстрорежущих сталей:

Число после буквы «Р» указывает на среднее содержание вольфрама (в процентах от общей массы, буква В пропускается). Затем после букв М, Ф и К указывают процент молибдена, ванадия и кобальта.

  • 1.Химический состав быстрорежующих сталей (ГОСТ 19265-73)
  • Из группы высоколегированных сталей для изготовления режущих инструментов используются быстрорежущие стали с высоким содержанием вольфрама, молибдена, кобальта, ванадия.
  • Современные быстрорежущие стали можно разделить на три группы.

К сталям нормальной теплостойкости относятся вольфрамовые Р18, Р12, Р9 и вольфрамомолибденовые Р6М5, Р6М3, Р8М3. Эти стали имеют твердость в закаленном состоянии 63.

66 HRC, предел прочности при изгибе 2900. 3400 МПа, ударную вязкость 2,7. 4,8 Дж/м2 и теплостойкость 600. 650 °С.

Указанные марки сталей получили наиболее широкое распространение при изготовлении режущих инструментов.

Они используются при обработке конструкционных сталей, чугунов, цветных металлов, пластмасс. Иногда применяются быстрорежущие стали, дополнительно легированные азотом (Р6АМ5, Р18А и др.). Легирование азотом повышает режущие свойства инструмента на 20. 30 %, твердость – на 1- 2 единицы HRC.

Стали повышенной теплостойкости характеризуются повышенным содержанием углерода — 10Р8МЗ, 10Р6М5; ванадия — Р12ФЗ, Р2МЗФ8, Р9Ф5; кобальта — Р18Ф2К5, Р6М5К5, Р9К5, Р9К10, Р9М4К8Ф и др.

Твердость сталей в закаленном состоянии достигает 66. 70 HRC, они имеют более высокую теплостойкость (до 620. 670 °С).

Это дает возможность использовать их для обработки жаропрочных и нержавеющих сталей и сплавов, а также конструкционных сталей повышенной прочности и закаленных. Период стойкости инструментов из таких сталей в 3—5 раз выше, чем из сталей Р18, Р6М5.

Стали высокой теплостойкости характеризуются пониженным содержанием углерода, но весьма большим количеством легирующих элементов — В11М7К.23, В14М7К25, ЗВ20К20Х4Ф. Они имеют твердость 69. 70 HRC, и теплостойкость 700. 720 °С.

Наиболее рациональная область их использования — резание труднообрабатываемых материалов и титановых сплавов. В последнем случае период стойкости инструментов в 30 – 80 раз выше, чем из стали Р18, и в 8 – 15 раз выше, чем из твердого сплава ВК8. При резании конструкционных сталей и чугунов период стойкости возрастает менее значительно (в 3 – 8 раз).

ОСНОВНОЙ НЕДОСТАТОК всех быстрорежущих сталей – высокая стоимость легирующих компонентов. Поэтому, в последнее время, быстрорежущие стали применяются очень ограниченно.

Молибден является химическим аналогм вольфрама, действующим более эффективно. Замена вольфрама на молибден несколько снижает теплостойкость стали, но значительно увеличивает прочность на изгиб (sи). Сохранение теплостойкости возможно при условии замены вольфрама на молибден в соотношении 1:1,5.

Читать также:  Как определить сечение кабеля на глаз

С увеличением содержания молибдена в стали до 3 % и более резко увеличивается её теплопроводность. За счёт этого, тепло из зоны резания отводится хорошо и температура лезвий инструмента не увеличивается. Следовательно, повышается теплостойкость стали.

Высокая прочность на изгиб (sи) и способность хорошо отводить тепло из зоны резания обусловили широкое применение сталей Р6М5 для изготовления осевого инструмента (свёрла, зенкеры, развёртки).

Благодаря сверхвысокой скорости охлаждения стали при распылении ее расплава в среде инертных газов и специальной технологии спекания гранул порошковая быстрорежущая сталь обладает рядом положительных свойств: однородной мелкозернистой структурой с равномерным распределением карбидов по сечению, повышенными прочностью и ударной вязкостью, хорошей шлифуе- мостью и малой деформируемостью после термообработки. В настоящее время поставляют прутки диаметром 30. 150 мм марок Р6М5ФЗМП, Р6М5К5МГТ, Р9М4К8МП и др.

Читайте также:  Процесс нормализации отношения заключается в

На основе порошковой металлургии были созданы карбидо- стали марок Р6М5К5 + 20 % Т1С и РЗМЗФЗ + 20 % Т1С с твердостью после термообработки НЯС 67. 71.

Используя фазовое превращение и дисперсное твердение, можно в карбидных сталях получить различную твердость в зависимости от применяемой термической обработки.

Металлокерамические твердые сплавы, обладая высокой твердостью, износостойкостью, теплостойкостью, достигающей 900. 1000 °С, позволяют производить высокопроизводительную обработку различных материалов.

Для их получения используют порошки твердых и тугоплавких карбидов вольфрама, титана, тантала, смешанных в различных пропорциях с порошком кобальта, который служит связкой. Из полученной смеси прессуют пластинки, спекают при

1500. 1900 °С, затем припаивают к корпусам инструментов либо закрепляют на них механическим способом.

Твердые сплавы подразделяются на три группы: вольфрамовые (ВК) — ВК8, ВК10, ВК20 и др.; титановольфрамовые (ТК) — Т5К10, Т30К4 и др.; титанотанталовольфрамовые (ТТК) — ТТ7К12, ТТ7К15 и др.

Цифра после буквы К обозначает процентное содержание кобальта, после буквы Т — титана или титана и тантала в сумме, остальное — карбид вольфрама.

С увеличением содержания кобальта в сплаве прочность и вязкость его повышаются, а твердость и износостойкость снижаются.

Твердые сплавы по сравнению с инструментальными сталями имеют пониженную теплопроводность. Они очень чувствительны к перепаду температур.

Твердые сплавы имеют более высокую, чем у быстрорежущих сталей, твердость, но значительно меньшую прочность. Теплостойкость выше, чем у быстрорежущих сталей. Высокая теплостойкость твердых сплавов позволяет значительно увеличить скорость резания. Однако низкая прочность и вязкость ограничивают применение твердых сплавов при переменных нагрузках и ударах.

Читать также:  Виды отжига 2 рода

Вольфрамовые твердые сплавы имеют твердость до Н11С 91, предел прочности при изгибе до 1700 МПа, теплостойкость

800.. .850 °С . В сплавах ВКЗ-М, ВК4-В, ВК6-ОМ буква О указывает на особо мелкозернистую структуру, буква М — на мелкозернистую структуру карбидов, а буква В на крупнозернистую структуру карбидов. Мелкозернистая структура сплава повышает его износостойкость, но уменьшает прочность, крупнозернистая — наоборот.

Титановольфрамовые твердые сплавы имеют теплостойкость

850.. .900 °С, предел прочности при изгибе 1000. 1700 МПа, твердость НЯА 87. 92. Эти сплавы используют для обработки углеродистых и легированных сталей.

Титанотанталововольфрамовые твердые сплавы имеют теплостойкость 750 °С, предел прочности при изгибе 1350. 1700 МПа, твердость НЯА 87. 90.

Твердые сплавы содержат значительно больше дефицитного вольфрама по сравнению с быстрорежущими сталями. Разработано большое количество марок безвольфрамовых твердых сплавов (БВТС) на основе сложного карбида титана и ниобия, карбида титана и карбонитрида титана. Но БВТС не является универсальным материалом для всех сталей и сплавов.

В нашей стране разработан ряд БВТС: КНТ-20, КНТ-30, ТМ-1, КТС-2, КНТ-16, ТН-20 и др. Но эти сплавы обладают рядом отрицательных свойств. Низкая сопротивляемость БВТС пластической деформации ограничивает область применения при черновых и получистовых операциях. При чистовой механообработке они могут конкурировать со сплавами ТК и ВК.

В табл. 5.15 приведено примерное назначение некоторых твердых сплавов.

  1. Примерное назначение твердых сплавов
  2. Чистовое точение с малым сечением среза, окончательное нарезание резьбы, развертывание отверстий при обработке серого чугуна и цветных металлов
  3. Чистовая и получистовая обработка твердых, легированных и отбеленных чугунов, закаленных сталей и некоторых марок нержавеющих, высокопрочных и жаропрочных сталей и сплавов на основе вольфрама и молибдена
  4. Обработка углеродистых и легированных сталей при тонких сечениях среза на малых скоростях
  5. Сверление, зенкерование, развертывание, фрезерование и зубофрезерование стали. Обработка коррозионно-стойких и жаропрочных сталей и сплавов, в том числе сплавов титана
  6. Тонкое точение с малым сечением среза, нарезание резьбы и развертывание отверстий незакаленных и закаленных углеродистых сталей
  7. Черновое точение при неравномерном сечении среза и непрерывном резании, получистовое и чистое точение при прерывистом резании, черновое фрезерование сплошных поверхностей, рассверливание отверстий и черновое зенкерование сталей
  8. Все виды строгания углеродистых и легированных сталей. Обработка легированного чугуна, аустенитных сталей, ковкого чугуна, автоматной стали
  9. Обработка труднообрабатываемых материалов, нержавеющих сталей аустенитного класса

Быстрорежущие инструментальные стали: марки, характеристики, маркировка

Такой материал, как быстрорежущие стали, отличается уникальными свойствами, что дает возможность использовать его для изготовления инструментов, обладающих повышенной прочностью. Характеристики сталей, относящихся к категории быстрорежущих, позволяют производить из них инструменты самого различного назначения.

Фрезы, метчики, развертки – типичные изделия, производимые из высококачественной быстрорежущей стали

Характеристики быстрорежущих сталей

К категории быстрорежущие стали относят сплавы, химический состав которых дополнен рядом легирующих добавок.

Благодаря таким добавкам сталям придаются свойства, позволяющие использовать их для изготовления режущего инструмента, способного эффективно работать на высоких скоростях.

Быстрорежущие инструментальные стали от обычных углеродистых сплавов как раз и отличает то, что инструмент, который из них изготовлен, может с успехом применяться для обработки твердых материалов на повышенных скоростях.

Фрезеровка детали на профессиональном гравировальном станке

К наиболее примечательным характеристикам, которыми отличаются быстрорежущие стали различных марок, нужно отнести следующие.

  • Твердость, сохраняемая в горячем состоянии (горячая твердость). Как известно, любой инструмент, используемый для выполнения обработки резанием, в процессе такой обработки интенсивно нагревается. В результате нагрева обычные инструментальные стали подвергаются отпуску, что в итоге приводит к снижению твердости инструмента. Такого не происходит, если для изготовления была использована быстрорежущая сталь, которая способна сохранять свою твердость даже при нагреве инструмента до 6000. Что характерно, стали быстрорежущих марок, которые часто называют быстрорезы, обладают даже меньшей твердостью по сравнению с обычными углеродистыми, если температура резания находится в нормальных пределах: до 2000.
  • Повышенная красностойкость. Данный параметр любого металла характеризует период времени, в течение которого инструмент, изготовленный из него, способен выдерживать высокую температуру, не теряя своих первоначальных характеристик. Быстрорежущие стали в качестве материала для изготовления режущего инструмента не имеют себе равных по данному параметру.
  • Сопротивление разрушению. Режущий инструмент, кроме способности переносить воздействие повышенных температур, должен отличаться и улучшенными механическими характеристиками, что в полной мере демонстрируют стали быстрорежущих марок. Инструмент, изготовленный из таких сталей, обладающий высокой прочностью, может успешно работать на большой глубине резания (сверла) и на высоких скоростях подач (резцы, сверла и др.).

Характеристики и назначение быстрорежущих сталей

Расшифровка обозначения марок сталей

Изначально быстрорежущая сталь как материал для изготовления режущих инструментов была изобретена британскими специалистами.

С учетом того, что инструмент из такой стали может использоваться для высокоскоростной обработки металлов, этот материал назвали «rapidsteel» (слово «рапид» здесь как раз и означает высокую скорость).

Такое свойство данных сталей и придуманное им в свое время английское название послужили причиной того, что обозначения всех марок данного материала начинаются с буквы «Р».

Правила маркировки сталей, относящихся к категории быстрорежущих, строго регламентированы соответствующим ГОСТ, что значительно упрощает процесс их расшифровки.

Первая цифра, стоящая после буквы Р в обозначении стали, указывает на процентное содержание в ней такого элемента как вольфрам, который во многом и определяет основные свойства данного материала.

Кроме вольфрама быстрорежущая сталь содержит в своем составе ванадий, молибден и кобальт, которые в маркировке обозначаются, соответственно буквами Ф, М и К.

После каждой из такой буквы в маркировке стоит цифра, указывающая на процентное содержание соответствующего элемента в химическом составе стали.

Пример расшифровки марки быстрорежущей стали

В зависимости от содержания в составе стали тех или иных элементов, а также от их количества, все подобные сплавы делятся на три основных категории. Определить, к какой из категорий относится сталь, достаточно легко, расшифровав ее маркировку.

Итак, стали быстрорежущих марок принято разделять на следующие категории:

  • сплавы, в которых кобальта содержится до 10%, а вольфрама до 22%; к таким сталям относятся сплавы марок Р6М5Ф2К8, Р10М4Ф3К10 и др.;
  • стали с содержанием не более 5% кобальта и до 18% вольфрама; такими сталями являются сплавы марок Р9К5, Р18Ф2К5, Р10Ф5К5 и др.;
  • сплавы, в которых как кобальта, так и вольфрама содержится не более 16%; к таким сплавам относится сталь Р9, Р18, Р12, Р6М5 и др.

Определение разновидности стали по искре

Как уже говорилось выше, характеристики сталей, относящихся к категории быстрорежущих, преимущественно определяются содержанием в них такого элемента как вольфрам.

Следует иметь в виду, что если в быстрорежущем сплаве содержится слишком большое количество вольфрама, кобальта и ванадия, то по причине формирования карбидной неоднородности такой стали режущая кромка инструмента, который из нее изготовлен, может выкрашиваться под воздействием механических нагрузок.

Читайте также:  Жак лебедка ручная шахтная

Таких недостатков лишены инструменты, изготовленные из сталей, содержащих в своем составе молибден. Режущая кромка подобных инструментов не только не выкрашивается, но и отличается тем, что имеет одинаковые показатели твердости по всей своей длине.

Маркой стали для изготовления инструментов, к которым предъявляются повышенные требования по их технологическим характеристикам, является Р18. Обладая мелкозернистой внутренней структурой, такая сталь демонстрирует отличную износостойкость.

Преимуществом использования стали данной марки является еще и то, что при выполнении закалки изделий из нее они не перегреваются, чего не скажешь о быстрорежущих сплавах других марок.

По причине достаточно высокой стоимости инструментов, изготовленных из стали этой марки, ее часто заменяют на более дешевый сплав Р9.

Технические характеристики стали марки Р18

Достаточно невысокая стоимость стали марки Р9, как и ее разновидности — Р9К5, которая по своим характеристикам во многом схожа с быстрорежущим сплавом Р18, объясняется рядом недостатков данного материала. Наиболее значимым из них является то, что в отожженном состоянии такой металл легко поддается пластической деформации.

Между тем сталь марки Р18 также не лишена недостатков. Так, из данной стали не изготавливают высокоточный инструмент, что объясняется тем, что изделия из нее плохо поддаются шлифовке.

Хорошие показатели прочности и пластичности, в том числе и в нагретом состоянии, демонстрируют инструменты, изготовленные из стали марки Р12, которая по своим характеристикам также схожа со сталью Р18.

Свойства стали марки Р9К5

Методы производства и обработки

Для производства инструментов, изготавливаемых из быстрорежущих сплавов, используются две основные технологии:

  • классический метод, который предполагает разливку расплавленного металла в слитки, в дальнейшем подвергающиеся проковке;
  • метод порошковой металлургии, при котором расплавленный металл распыляется при помощи струи азота.

Классическая технология, предполагающая проковку изделия из быстрорежущего сплава, которое предварительно было отлито в специальную форму, позволяет наделить такое изделие более высокими качественными характеристиками.

Подобная технология помогает избежать формирования карбидных ликваций в готовом изделии, а также дает возможность подвергнуть его предварительному отжигу и дальнейшей закалке. Кроме того, данная технология изготовления позволяет избежать такого явления, как «нафталиновый излом», которое приводит к значительному повышению хрупкости готового изделия, изготовленного из быстрорежущего сплава.

Закалка готовых инструментов, выполненных из быстрорежущего сплава, осуществляется при температурах, которые способствуют лучшему растворению в них легирующих добавок, но в то же время не приводят к росту зерна их внутренней структуры.

После выполнения закалки быстрорежущие сплавы имеют в своей структуре до 30% аустенита, что не самым лучшим образом сказывается на теплопроводности материала и его твердости.

Для того чтобы уменьшить количество аустенита в структуре сплава до минимальных значений, используются две технологии:

  • проводят несколько циклов нагрева изделия, выдержки при определенной температуре и охлаждение: многократный отпуск;
  • перед выполнением отпуска, изделие подвергается охлаждению до достаточно низкой температуры: до –800.

Улучшение характеристики изделий

Чтобы инструменты, изготовленные из быстрорежущих сплавов, обладали высокой твердостью, износостойкостью и коррозионной устойчивостью, их поверхность необходимо подвергнуть обработке, к методам выполнения которой относятся следующие.

  • Насыщение поверхностного слоя изделия азотом — азотирование. Проводиться такая обработка может в газовой среде, состоящей из азота (80%) и аммиака (20%), либо полностью в аммиачной среде. Время выполнения подобной технологической операции — 10–40 минут, температура, при которой она осуществляется — 550–6600. Использование газовой среды, содержащей азот и аммиак, позволяет сформировать менее хрупкий поверхностный слой.
  • Насыщение поверхностного слоя изделия углеродом и азотом — цианирование, которое осуществляется в расплаве цианида натрия или других солей с этим же анионом. В зависимости от назначения детали цианирование может быть высоко-, средне- и низкотемпературным. Чем выше температура и время выдержки детали в расплаве, тем больше толщина получаемого слоя.
  • Сульфидирование, которое выполняется в жидких расплавах сульфидов, куда добавляются соединения серы. Проводится такая процедура на протяжении 45–180 минут, при этом температура расплава должна составлять 450–5600.

Инструменты, изготовленные из быстрорежущих сплавов, также подвергают обработке паром, что позволяет улучшить характеристики их поверхностного слоя. Следует иметь в виду, что все вышеперечисленные операции выполняются с инструментом, режущая часть которого уже заточена, отшлифована и подвергнута термической обработке.

Узнайте больше о быстрорежущих сталях, истории их создания, а также способах изготовления и сферах применения

4 Августа 2021 14:23

// Металлообработка

Какие стали называются быстрорежущими?
Быстрорежущие сплавы относятся к группе инструментальных сталей специального назначения. Их основная область применения – изготовление профессионального инструмента повышенной прочности, работающего при высокой скорости вращения и резания.

До появления быстрорежущих инструментальных сталей для обтачивания деревянных деталей и изделий из цветных металлов использовались обычные стальные резцы. Но при обработке подобным инструментом деталей из твердых материалов возникала проблема. Резец очень быстро изнашивался, нагревался, им было невозможно обтачивать изделие с высокой скоростью.

Проблему удалось решить в 1858 году, после получения сплава, где в качестве легирующих элементов использовались вольфрам и марганец.

В течение нескольких последующих десятилетий в результате экспериментов было получено еще несколько видов сверхпрочных сплавов, способных эксплуатироваться при высоких температурах.

Это позволило многократно увеличить скорость обработки деталей и повысить производительность металлорежущих станков.

В конце прошлого века вольфрамовые соединения стали заменяться на самозакаливающиеся, а в настоящее время успешно используются безвольфрамовые составы.

Свойства и виды быстрорежущих сталей

Сплавы сочетают в себе повышенную теплостойкость с твердостью, износостойкостью и высоким сопротивлением пластической деформации. В процессе работы инструмент из быстрорежущей стали должен сохранять заданный размер и форму, выдерживать серьезные динамические нагрузки, сохранять режущую способность при высокой температуре.

Назначение быстрорежущих сталей и их свойства определяются особенностями легирующих элементов. В состав входят хром и вольфрам в различных процентных соотношениях, несколько изменяющих рабочие характеристики материала. Кроме классических хромовольфрамовых составов, используют сплавы с увеличением в составе углерода, ванадия, кобальта.

Быстрорежущие инструментальные стали делятся на 3 группы:

  • Сплавы с нормальной теплостойкостью – вольфрамовые и вольфрамомолибденовые соединения (P9, P12, P18, P6M3, P6M5, P8M3), которые используют для изготовления режущего инструментария с целью обработки конструкционных, цветных и черных металлов, пластмассы. К этой же группе относятся составы, легированные азотом для повышения режущих характеристик металла.
  • Марки с повышенной теплостойкостью – составы с увеличенным содержанием углерода, ванадия и кобальта (10Р6М5, Р2МЗФ8, Р9К10 и др.), предназначенные для обработки закаленных, жаропрочных, нержавеющих и конструкционных металлов.
  • Высоколегированные сплавы с высокой теплостойкостью – характеризуются высоким содержанием легирующих добавок и низким содержанием углерода (В14М7К25, В11М7К23). Они предназначены для резки титановых сплавов и труднообрабатываемых изделий.

Основные характеристики

  • Горячая твердость В обычном состоянии материал по твердости уступает углеродистым металлам. Но в процессе нагрева твердость обычных углеродистых соединений падает до недопустимых пределов. Твердость быстрорежущей стали сохраняется даже при температуре 600°C.
  • Красностойкость Этот параметр характеризует максимальное время, в течение которого инструмент может выдерживать высокую температуру без потери своих эксплуатационных свойств. Быстрорежущее оборудование в этом плане не имеет аналогов.
  • Сопротивление разрушению Прочные сплавы обладают отличными механическими характеристиками, препятствующими их разрушению. Это гарантирует возможность использования оборудования в интенсивном режиме эксплуатации.

Изготовление быстрорежущих сталей

При производстве используются следующие технологии:

  • Классический способ разливки и формовки металла с последующей проковкой. Эта технология дает возможность предварительного отжига и закалки материала, а также предотвращает образование хрупкости и улучшает качественные характеристики инструмента.
  • Порошковый метод, в процессе которого расплавленный состав распыляется с помощью азота.

Для улучшения качества полученных изделий, после изготовления их поверхность подвергают дополнительной обработке азотом, цинком, серосодержащими сульфидами.

Где применяются быстрорежущие стали?

Область применения износостойкого металла зависит от состава, определяющего его рабочие свойства. В основном – это инструмент, к которому предъявляются высокие требования прочности, термостойкости, длительного срока службы.

  • Производство сверл, резцов, фрез, метчиков;
  • Изготовление режущих кромок для инструмента, которые в ряде случаев могут быть съемными;
  • Детали для металлообрабатывающих станков и оборудования;
  • Изготовление инструментов, с помощью которых осуществляется чистовая отделка труднообрабатываемых металлических изделий.

По использованию данных марок металла специалисты дают следующие рекомендации:

  • Вольфрамомолибденовые составы подходят для инструментов, предназначенных для черновой обработки изделий, изготовления фрез, протяжек и шеверов.
  • Кобальтовые соединения используют для обработки жаропрочных и коррозионностойких изделий в сложных условиях.
  • Ванадиевые сплавы используются для чистовой обработки материалов.
  • Марка P9 применяется для создания элементов оборудования, не подвергающихся чрезмерной нагрузке.
  • Марка P18 подходит для инструментов сложной формы и фасонных изделий, с повышенными требованиями износостойкости.
  • Сортамент металлических изделий представлен квадратом, кругом, полосой, листовым прокатом. Чаще всего режущий инструмент изготавливаются из круга. Квадратный прокат применяется для производства электрорубанков, ножей, токарных резцов. Если есть сомнения в правильном выборе подходящего сплава, лучше обратиться к специалистам. В профильных компаниях смогут подобрать прокат высокого качества и нужных эксплуатационных характеристик.

Ссылка на основную публикацию
Adblock
detector