Швидкорізальна сталь: гост, склад, твердість, термічна обробка

Відео: Лекція. Вуглецеві сталі і чавуни.

Для того щоб робоча поверхня інструмента зберігала задані властивості тривалий час, необхідне використання спеціальних сплавів і сталей для виготовлення таких елементів. На сьогоднішній день деталі ріжучого інструменту виробляються з твердих сплавів, інструментальних марок сталі. Для фрез, різців, зубила використовується в основному швидкоріжуча сталь.

Основні вимоги до сплавів для різального інструменту

Деталі такого типу тривалий час працюють в умовах тертя і підвищених температур. Однак робоча поверхня повинна зберігати свої властивості, мати високу зносостійкість і твердістю. При великих швидкостях, які набирає інструмент в процесі різання, нагрівається і його кромка, і сама деталь, і стружка. Тому основна характеристика, якою повинна володіти швидкоріжуча сталь - теплостійкість. Для важкооброблюваних матеріалів використовують порошкові швидкорізальні стали. Вони мають більш високі ріжучі властивості. Недоліком таких сплавів є скрутна обробка заготовок. Всі необхідні характеристики досягаються шляхом введення певних легуючих елементів і спеціальною термічною обробкою.

маркування стали

Швидкорізальна сталь маркується літерою Р, яка ставиться попереду. Основними легуючими елементами є вольфрам, хром. Також додатково вводять такі елементи, як ванадій, молібден. Цифра після букви Р вказує процентний вміст вольфраму в стали. Як правило, до складу швидкорізальної сталі входить близько 4% хрому. Даний елемент в маркуванні не вказується. Якщо цифри стоять перед буквою Р, то вони вказують на процентний вміст вуглецю (наприклад, сталь 11Р3АМ3Ф2 містить 1,1% вуглецю). В основному стали даної групи є високолегованої.

Вплив легованих елементів на властивості стали

Високу теплостійкість швидкорізальних марок сталі забезпечують вольфрам, молібден. На їх основі утворюються карбіди, які частково переходять в твердий розчин. Після термообробки забезпечується структура мартенситу. Вольфрам, молібден, а також ванадій уповільнюють його розпад. Саме це забезпечує необхідну красностойкость. Тривалий час використовувалася швидкоріжуча сталь, легована тільки вольфрамом. Однак через дефіцитності даного металу його почали частково замінювати молібденом. Цей елемент також позитивно впливає на схильність вольфрамових марок сталі до карбідної неоднорідності. Найбільш твердий карбід утворює ванадій. Однак при цьому вміст вуглецю має бути достатнім для більшого насичення твердого розчину. Чим більше вводиться ванадію, тим більше повинно бути вуглецю в складі сплаву. Основне завдання хрому - надання стали високою прокаливаемости. Червоностійкість також підвищує і кобальт.

Швидкорізальна сталь (твердість при легуванні даними елементом підвищується до 70 HRC) в даному випадку буде мати знижену міцність. Варто відзначити, що введення хрому широко не застосовується через велику вартість елемента.

Термообробка швидкорізальної сталі

Дані марки стали надходять в стані кування (температура близько 1200 ° С). Проводиться нагрів до 860 ° С, потім метал витримується при температурі близько 760 ° C. Термічна обробка інструменту включає загартування і відпустку. Варто зазначити, що така обробка має свої особливості. По-перше, необхідний повільний, поступовий нагрів. Так як сталь високолегована, її теплопровідність досить низька, стрімке нагрівання може призвести до утворення тріщин. При цьому дуже важливо нагрівати заготовку рівномірно. Використовуються електричні печі, соляні ванни. Процес обробки швидкорізальної сталі досить трудомісткий, він вимагає чіткого дотримання всіх етапів технологічного процесу.

Загартування сталі для різального інструменту

Головне завдання гарту - розчинення карбідів в аустените. Як правило, карбіди на основі вольфраму і хрому розчиняються при 1200 ° С, ванадій вимагає більш високих температур. Після цього етапу структура має надлишкові (ті, що не розчинилися) карбіди. Вони стримують зростання зерна. Високі температури забезпечують дрібнозернистий аустеніт. Охолодження відбувається в маслі або розплаві солей. Температура по перетину деталі вирівнюється. Така обробка швидкорізальної сталі дозволяє уникнути появи тріщин. Після гарту сталь має наступну структуру: мартенсит, залишковий аустеніт, карбіди.

Відпустка швидкорізальної сталі

Відпустка стали сприяє перетворенню мартенситу гарту в мартенсит відпустки, аустеніту в мартенсит (так як перший не володіє достатньою твердістю), зняття залишкових напруг. Як правило, термічна обробка швидкорізальної сталі включає багаторазовий відпустку. Починається цей процес при температурі 150 ° С. Далі при 550 ° С відбувається дисперсійне твердіння (виділяються карбіди з твердого розчину). В результаті зростає твердість сплаву. Більш високі температури відпустки небажані, так як буде відбуватися процес розпаду мартенситу, і, відповідно, зниження твердості. Вольфрамові стали після одиничного відпустки мають в складі залишковий аустеніт. Повністю він перетворюється в мартенсит при другому відпустці. Залишкові напруги знімаються в процесі третього відпустки. Стали з вмістом кобальту можуть піддаватися відпустці і в четвертий раз.

Відео: хіміко-термічна обробка сталі.avi

Порушення технології термообробки

Зниження кількості вуглецю на поверхні заготовки може бути наслідком поганої расскісленності соляної ванни, а також перегріву при аустенізації. Перевищення температури веде до оплавлення кордонів зерна. Також оброблена деталь може мати тріщини. Таке явище виникає через швидке нагрівання металу. Ще одна причина - прискорене охолодження. Низьке значення твердості може бути наслідком недостатнього легування структури мартенситу, порушенням температурного режиму при відпустці, при якому залишається залишковий аустеніт. Ще один можливий дефект заготовки - нафталіністий злам.

Найбільш поширені марки швидкорізальної сталі

Швидкорізальна сталь (ГОСТ 19265-73) ділиться на сплави нормальної і підвищеної теплостійкості. Перша група включає такі марки, як Р18, Р6М5. Твердість їх досягає 63 HRC. Основне їх призначення - обробка чавунів, мідних, алюмінієвих сплавів. Більш високу теплостійкість володіють вольфрамові стали. Їх застосовують для виготовлення свердел, фрез, різців. Сталь Р6М5, яка містить молібден, трохи поступається в ріжучих властивостях, проте вона істотно дешевше. До того ж пластичність її трохи вище, а схильність до утворення тріщин не настільки висока. Більш теплостійкі стали мають в складі ванадій і кобальт (10Р6М5, Р9Ф5). Їх твердість досяжними 66 HRC. Використовуються вони для обробки більш міцних конструкційних сталей, жароміцних сплавів, при виготовленні чистового інструменту. Характерно, що дані марки мають більш високу зносостійкість (завдяки наявності в складі ванадію). Останнім часом все частіше застосовується метод порошкової металургії. Такі інструменти мають більш високі ріжучі властивості.