Меню

15 укажите основное достоинство быстрорежущих сталей

Быстрорежущие стали

Быстрорежущие стали, с вольфрамом и марганцем

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.

Инструментальная сталь

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:

  • 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.
  • 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, сталь Р18

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, стали Р18К5, Р9К5, Р18Ф2М, Р18КЮ, Р10К5Ф5

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°.

Читайте также:  Полоска острой стали что это

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.

  • 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.
  • Стойкость протяжек из стали Р9Ф5 при обработке таких же материалов в 2—4 раза выше, чем у протяжек из стали Р18.
  • 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.
  • 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.

Источник

Плюсы и минусы быстрорежущей стали

Сегодня важной целью на всех производственных предприятиях является повышение уровня производительности и попытки уменьшить себестоимость, при этом, не уменьшая уровень качества изделий. Эта тенденция прослеживается в машиностроении. Для этого на передний план выдвигаются условия по качеству металла и совершенствование технологий производства металлорежущего инструментария.

Повышение требований к скорости металлообработки является непременным условием экономичности процесса, напрямую связанным с улучшением характеристик инструментального материала. Быстрорежущая сталь стала одним из лучших материалов для резцов, фрез и сверл в конце XX века, и не сдает своих позиций, оставаясь основным материалом для изготовления всех инструментов, применяемых для обработки металлов резанием.

Производство быстрорежущей стали

Инструменты из порошковых сталей работают при больших нагрузках, в условиях предельного нагрева рабочих кромок. Материал сочетает в себе оптимальные физические, механические и эксплуатационные характеристики, которые достигаются применением методов порошковой металлургии. В этом случае, в металл вводится повышенное количество легирующих компонентов, которые обеспечивают необходимые свойства быстрорежущих сталей. Основными характеристиками сталей, полученных порошковым способом становятся:

  • высокая износостойкость;
  • прочность;
  • однородность структуры с равномерным распределением карбида;
  • высокая теплостойкость;
  • легкость обработки шлифованием.
Читайте также:  Кудрявые волосы стали сухими

Для получения необходимой структуры применяется порошковая быстрорежущая сталь. На неё воздействует поток жидкого азота. При процессе затвердевания получается однородная масса. Карбидные неоднородности полностью отсутствуют и благодаря этому в процессе эксплуатации не проявляются микротрещины, а также увеличивается износостойкость. Полученный в результате порошок просеивается, и помещается в вакуум, где спекается при давлении и высоких температурных режимах. На выходе получается высоколегированная сталь. В результате применения метода порошковая сталь сочетает в себе свойства твердых сплавов и обычной быстрорежущей стали.

Достоинства и недостатки материала

Преимущества быстрорежущей стали на прямую отражаются на себестоимости процесса обработки металлов режущими инструментами. Снижаются затраты на изготовление инструмента и заточку кромок, увеличивается способность работать с повышенными нагрузками, повышается эффективность процесса металлообработки. Все это ведет к повышению прибыльности производства.

Минусом порошковой стали становится стоимость ее получения. Но все дополнительные затраты окупаются повышением производительности и характеристик стойкости режущих инструментов.

Быстрорежущая сталь, несмотря на высокую конкуренцию различных инструментальных материалов, прочно удерживает свою нишу на рынке инструментов, благодаря превосходной вязкости и другим эксплуатационным характеристикам. Инструменты обладают высокой износостойкостью, но и показатели хрупкости у них так же высоки. Поэтому резцы, изготовленные из быстрорежущей стали закладываются в карты технологических процессов при режимах обработки со снятием большого припуска и работы с ударом.

Источник

Быстрорежущие стали

Существует огромное количество различных металлов, которые обладают своими определенными достоинствами и недостатками. Быстрорежущие стали зачастую применяются для изготовления инструментов, которые должны обладать повышенной прочностью, некоторых ответственных деталей. Рассмотрим особенности этого сплава подробнее.

Характеристики быстрорежущих сталей

Быстрорежущие стали – сплавы, которые имеют достаточно большое количество легированных добавок. За счет добавления различных химических веществ свойства металла серьезно меняются. Рассматривая характеристики следует отметить, что материал подобного типа специально создается для эксплуатации при высоком показателе трения, который возникает на момент резания. Состав быстрорежущей инструментальной стали существенно повышает твердость металла, за счет чего он может работать на повышенной скорости.

Основные характеристики быстрорежущих сталей

Характеристики быстрорежущей стали следующие:

  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.
Читайте также:  Сталь 9cr18mov для ножей плюсы

При применении подобного металла получающаяся кромка не реагирует на механическое воздействие, по всей длине показатель твердости остается неизменным и металл не выкрашивается. Вышеприведенная классификация быстрорежущей стали определяет то, при какой скорости резания и подаче может использоваться сплав.

Состав быстрорежущих сталей различных марок

Рассматривая обозначение быстрорежущей стали следует уделить внимание тому, что первая буква для обозначения этой группы «Р». Цифра, которая идет первой в обозначении указывает процесс вольфрама в составе. Далее могут идти буквы, обозначающие легирующие элементы. Стоит учитывать, что расшифровка металла указывает на точное содержание определенных легирующих элементов, которые изменяют эксплуатационные качества материала.

Область применения различных марок быстрорежущих сталей

Рассматривая применение износостойкого металла следует уделить внимание тому, что конкретный состав металла определяет его эксплуатационные качества. Инструмент изготовленный из подобного металла может выдерживать длительную эксплуатацию.

Режущий инструмент из быстрорежущей стали

Область применения достаточно обширна:

  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.

Особенности термической обработки быстрорежущих сталей

Для увеличения эксплуатационных качеств быстрорежущей стали могут применяться стандартные методы обработки. Однако при этом учитывается состав металла. Примером назовем то, что процесс закалки предусматривает нагрев среды до температуры, которая позволяет обеспечить условия для растворения различных примесей и добавок.

После того, как обработка быстрорежущей стали была завершена, в сплаве остается до 30% аустенита, что существенно повышает теплопроводность и твердость.

Для уменьшения показателя аустенита в структуре могут применяться две технологии:

  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.

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.

Источник

Adblock
detector