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.
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)
|
Марка стали |
C |
Cr |
W |
V |
Co |
Mo не более |
|
Р18 |
0,70-0,80 |
3,8-4,4 |
17,5-4,4 |
1,0-1,4 |
- |
0,3 |
|
Р12 |
0,80-0,90 |
3,1-3,6 |
12,0-13,0 |
1,5-1,9 |
- |
0,3 |
|
Р9 |
0,85-0,95 |
3,8-4,4 |
8,5-10,0 |
2,0-2,6 |
- |
0,3 |
|
Р6М3 |
0,85-0,95 |
3,0-3,6 |
5,5-6,5 |
2,0-2,5 |
- |
3,0-3,6 |
|
Р18Ф5 |
0,85-0,95 |
3,8-4,4 |
17,5-19,0 |
1,8-2,4 |
- |
0,5 |
|
Р9Ф5 |
1,40-1,50 |
3,8-4,4 |
9,0-10,5 |
4,3-5,1 |
- |
0,4 |
|
Р14Ф4 |
1,20-1,30 |
4,0-4,6 |
13,0-14,5 |
3,4-4,1 |
- |
0,4 |
|
Р9К5 |
0,90-1,00 |
3,8-4,4 |
9,0-10,5 |
2,0-2,6 |
5,0-6,0 |
0,3 |
|
Р9К10 |
0,90-1,00 |
3,8-4,4 |
9,0-10,5 |
2,0-2,6 |
9,5-10,5 |
0,3 |
|
Р10К5Ф5 |
1,45-1,55 |
4,0-4,6 |
10,0-11,5 |
4,3-5,1 |
5,0-6,0 |
0,3 |
|
Р18К5Ф2 |
0,85-0,95 |
3,8-4,4 |
17,5-19,0 |
1,8-2,4 |
5,0-6,0 |
0,5 |
|
Примечания: 1. Содержание Mn, Si и Ni не более 0,4%; S и P не более 0,03% (для сталей Р9Ф5, Р14Ф4 и Р10К5Ф5 допускается 0,035% Р). 2. Допускается содержание молибдена до 1% в стали Р18 и до 0,6% в стали Р9 (марки Р18М и Р9М). При увеличении содержания Mo в сталях Р18М и Р9М свыше 0,3% в них может быть снижено содержание W (1% Mo заменяет 2% W). | ||||||
По составу быстрорежущая сталь делится на фольфрамовую (Р9, Р12, Р18, Р18Ф2), высокованадиевую (Р9Ф5, Р14Ф4), кобальтовую (Р9К5, Р9К10), кобальтованадиевую (Р10К5Ф5, Р18К5Ф2). Находят также применение малолегированные быстрорежущие стали Р7Т, вольфрамомолибденовые (Р6М3 и Р6М5Ф, кобальтованадиевые Р6М3К5Ф2, Р9М4К5Ф2 и Р18К8Ф2М и др.
2.Химический состав быстрорежующих сталей (негостированные)
|
Марка стали |
C |
W |
Mo |
Cr |
V |
Co |
|
Р7Т |
0,80 |
7,5 |
- |
3,0 |
1,3 |
0,15 Ti |
|
Р6М3К5Ф2 |
0,90 |
6,0 |
3 |
4,0 |
2,3 |
5,0 |
|
Р18К8Ф2М (ЭП 379) |
1,00 |
18,0 |
1 |
4,0 |
2,2 |
8,0 |
Сортамент выпускаемых быстрорежущих сталей:
прутки горячекатаные и кованные – круглые и квадратные, полоса;
прутки круглые повышенной отделки поверхности и повышенной точности размеров;
холоднокатаная лента.
3.Основные свойства быстрорежущих сталей в исходном состоянии поставки
|
Марка стали |
γ в г/см³ |
Ас1 |
Аr1 |
Температура в °С |
НВ |
Вес % карбидной фазы | |
|
ковки |
отжига | ||||||
|
Р18 |
8,7 |
820 |
760 |
1200-900 |
840 |
207-255 |
28 |
|
Р9 |
8,3 |
810 |
760 |
1200-900 |
850 |
207-255 |
17 |
|
Р12 |
8,5 |
810 |
760 |
1200-900 |
840 |
207-255 |
23 |
|
Р18Ф2 |
8,7 |
820 |
760 |
1200-900 |
840 |
207-269 |
27 |
|
Р9Ф5 |
8,11 |
- |
- |
1180-900 |
850 |
207-269 |
20 |
|
Р14Ф4 |
8,42 |
- |
- |
1180-900 |
850 |
207-269 |
22 |
|
Р9К5 |
8,3 |
- |
- |
1150-900 |
850 |
207-269 |
17 |
|
Р9К10 |
8,3 |
- |
- |
1180-900 |
850 |
207-269 |
16 |
|
Р10К5Ф5 |
8,13 |
- |
- |
1180-900 |
850 |
207-269 |
22 |
|
Р18К5Ф2 |
8,2 |
- |
- |
1200-900 |
850 |
285 |
25 |
|
Р6М5 |
8,5 |
- |
- |
1150-900 |
840 |
207-235 |
20 |
|
Р18К8Ф2М |
8,7 |
820 |
- |
1180-900 |
860 |
262-270 |
- |
|
Примечание. Охлаждение после отжига проводят вместе с печью со скоростью не более 30о/ | |||||||
Назначение быстрорежущих сталей
|
Марка стали |
Особенности и условия работы инструмента |
Назначение |
|
Р18 |
Инструмент с высокой износостойкостью, сохраняет режущие свойства при нагреве во время работы до 600°С |
Резцы, сверла, фрезы, долбяки, развертки, зенкеры, метчики, протяжки |
|
Р9 |
Работает при нагреве режующей кромки до 600°С, не требует значительного шлифования и заточки. Возможно применение методов горячей пластической деформации и индукционной закалки. |
Резцы, сверла, фрезы, пилы, инструмент для обработки дерева, ножовки |
|
Р12 |
Работает при нагреве режующей кромки до 600°С, возможен значительный объем шлифования. Можно применять горячую пластическую деформацию |
Резцы, сверла, фрезы, долбяки, развертки, метчики, протяжки, плашки |
|
Р6М5 |
Работает при нагреве до 580-600°С, с большими подачами в условиях повышенных механических и ударных нагрузок. Возможно применение методов горячей пластической деформации |
Резцы, червячные фрезы, сверла, протяжки, машинные метчики |
|
Р18Ф2 |
Инстркмент с несколько повышенной по сравнению со сталями Р9 и Р18 производительностью и износостойкостью при обработке материалов средней твердости, нержавеющих и жаропрочных сплавов |
- |
|
Р9Ф5 |
Инструмент с повышенной износостойкостью, работающий на отделочных операциях с небольшими подачами при обработке сталей повышенной твердости, жаропрочных сплавов, пластических масс, фибры, эбонита. Очень плохо шлифуется |
Протяжки, развертки |
|
Р14Ф4 |
Инструмент с повышенной износостойкостью для обработки особопрочных материалов и жаропрочных сплавов и пластмасс с твердыми включениями. Очень плохо шлифуется |
Резцы, фрезы, червячные долбяки, сегменты для пил |
|
Р9К5 Р9К10 |
Инструмент с повышенной по сравнению со сталью Р18 производительностью, красностойкостью и горячей твердостью для обработки жаропрочных, титановых сплавов и других труднообрабатываемых материалов. Сталь склонна к обезуглероживанию |
Резцы, фрезы, червячные фрезы, вставные ножи, специальные сверла |
|
Р10К5Ф5 Р18К5Ф2 |
Инструмент с повышенной производительностью, красностойкостью и износостойкостью для обработки труднообрабатываемых материалов, жаропрочных и титановых сплавов. Стали плохо шлифуются и склонны к обезуглероживанию |
Резцы, червячные фрезы, ножи для сборочных фрез, сверла |
|
Р18Ф2К8М |
Инструмент с повышенной износостойкостью и прочностью для обработки титановых и жаропрочных сплавов, нержавеющих и высокопрочных сталей |
Резцы, сверла, развертки, метчики, зуборезный инструмент |
Применяются для производства металлорежущего инструмента, рассчитанного на высоскоростной режим резания. Легирование быстрорежущих сталей вольфрамом, молибденом, ванадием и кобальтом обеспечивает твердость и жаростойкость стали.
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.
