0 руб
Оформить заказ4. ИНСТРУМЕНТАЛЬНЫЕ БЫСТРОРЕЖУЩИЕ СТАЛИ
Быстрорежущие стали характеризуются повышенной красностойкостью (600–650 °С) и являются наиболее распространенным инструментальным материалом. Приблизительно 70 % всех металлорежущих инструментов выполняется из быстрорежущих сталей.
Марки, химический состав и технические требования к быстрорежущим сталям регламентированы ГОСТ 19265–73. Химический состав основных марок быстрорежущих сталей приведен в табл. I.3.
I.3. Химический состав быстрорежущих сталей в состоянии поставки,
% по массе (по ГОСТ 19265–73)
Марка | С | Cr | W | V | Co | Mn |
Р6М5 Р6М5К5 Р8М3К6С Р9 Р9М4К8 Р9К5 Р9К10 Р10К5Ф5 Р12 Р12М3Ф2К8 Р18 Р18К5Ф2 10Р6М5 11Р3М3Ф2Б Р12Ф3 ЭП597 Р6М5Ф3 Р18Ф2К8М Р12Ф4К5 Р10М4Ф3К10 Р6М5Ф2К8 10Р6М5К5 | 0,80–0,88 0,82–0,90 1,05–1,13 0,85–0,95 1,0–1,1 0,9–1,0 0,9–1,0 1,45–1,55 0,8–0,9 0,95–1,05 0,7–0,8 0,85–0,95 1,00–1,15 1,00–2,10 0,95–1,05 0,95–1,05 0,95–1,05 1,25–1,4 1,17–1,27 0,95–1,05 1,0–1,1 | 3,8–4,4 3,8–4,3 3,5–4,0 3,8–4,4 3,0–3,6 3,8–4,4 3,8–4,4 4,0–4,6 3,1–3,6 3,8–4,4 3,8–4,4 3,8–4,4 3,8–4,4 3,8–4,4 3,8–4,3 3,8–4,3 3,8–4,4 3,7–4,2 3,8–4,3 3,8–4,4 3,8–4,4 | 5,5–6,5 6,0–7,0 8,0–9,5 8,5–10,0 8,5–9,5 9,0–10,5 9,0–10,5 10,0–11,5 12,0–13,0 11,0–13,0 170,–18,5 17,0–19,5 5,5–6,5 2,5–3,0 12,0–13,0 5,7–6,7 17,0–18,5 12,5–14,0 10,0–11,0 5,5–6,0 6,0–7,0 | 1,7–2,1 1,7–2,2 1,5–2,5 2,0–2,6 2,1–2,5 2,2–2,6 2,0–2,6 4,3–5,1 1,5–1,9 1,8–2,4 1,0–1,4 1,8–2,4 1,8–2,2 2,1–2,7 2,5–3,0 2,2–2,7 1,8–2,4 3,2–3,9 3,3–3,8 1,8–2,4 1,2–1,6 | – 4,8–5,3 5,7–6,7 – 7,5–8,5 5,0–6,0 9,0–10,5 5,0–6,0 – 7,5–8,5 – 5,0–6,0 – – – – 7,8–8,5 5,0–6,0 9,5–10,5 7,5–8,5 4,8–5,3 | 5,0–5,5 4,8–5,3 3,4–4,0 До 1,0 3,8–4,3 До 1,0 До 1,0 До 1,0 До 1,0 2,8–3,4 До 1,0 До 1,0 5,5 2,5–3,0 0,5–1,0 5,5–6,0 0,8–1,2 0,5–1,0 3,7–4,2 4,6–5,2 4,8–5,3 |
Примечания: 1. В стали 10Р6М5, кроме указанных элементов, содержатся следующие: Zr (0,1–0,2 %); Nb (0,05–0,25 %); N (0,05–0,12 %), встали 10Р6М5К5 Nb (0,05–0,25 %).
2. В сталях всех указанных марок содержится также 0,4 % Mn (кроме сталей марок 11Р3М3Ф2Б и Р12Ф4К5, в которых соответственно 0,6 и 0,5 % Mn), не более 0,03 % S и P, до 0,4 % Ni, 0,4–0,5 % Si (кроме стали Р8М3К6С, в которой 0,8–1,2 % Si), остальное — Fe.
В настоящее время широко применяются стали, легированные дополнительно молибденом, кобальтом и ванадием.
Повышение содержания кобальта способствует увеличению теплостойкости за счет повышенной растворимости карбидов в аустените. Одновременно увеличивается на 3–5 ед. HRC твердость после отпуска.
Однако при этом заметно (на 30–50 %) уменьшается прочность при изгибе.
Кроме того, стали с увеличенным содержанием кобальта имеют повышенную чувствительность к обезуглероживанию в результате нагрева при термической обработке. Увеличение содержания ванадия в стали способствует повышению ее износостойкости за счет образования комплексных карбидов железа и ванадия, отличающихся высокой твердостью (HV 1700–2100).
Однако по этой же причине высокованадиевые стали труднее шлифуются. Молибден в быстрорежущих сталях способствует образованию мелких карбидов, которые более полно переходят в твердый раствор аустенита. При этом понижается температура закалки, уменьшается опасность появления отпущенных слоев при шлифовании инструмента.
Прочностные характеристики некоторых марок быстрорежущих сталей показаны на рис. I.1.
Быстрорежущие стали выпускаются нормальной, повышенной и высокой теплостойкости.
К сталям нормальной теплостойкости относятся стали марок Р18, Р12, Р9, Р6М3, Р6М5.
Стали повышенной теплостойкости содержат 4–5 % ванадия при 9–10 % вольфрама или 6–8 % ванадия и 2 % молибдена при пониженном (до 4 %) содержании вольфрама; одновременно увеличивается содержание углерода в пропорции ~ 0,2 % к 1 % ванадия. Повышение теплостойкости может быть достигнуто путем легирования сталей кобальтом до 5 % и ванадием — до 3–4 % при содержании вольфрама до 12 %. Хорошо зарекомендовали себя также стали с содержанием кобальта до 6–8 % при пониженном до 1,5–2 % содержании ванадия и повышенном содержании углерода до 0,95–1,5 %. К сталям повышенной теплостойкости относятся, например, Р9Ф5, Р6М5К5, Р10К5Ф5.
Для сталей высокой теплостойкости характерно повышенное содержание ванадия (до 3,5 %) и углерода (до 1,4 %); применяется также дополнительное легирование молибденом и кобальтом. Содержание вольфрама составляет 11–14 %. При нагреве таких сталей, например в процессе эксплуатации, из мартенсита выделяются в виде дисперсных частиц карбиды легирующих элементов (вольфрама или молибдена и ванадия), что вызывает повышение твердости в зоне температур 500–600 °С.
Эту повышенную твердость при увеличенных температурах называют вторичной, а сам эффект — дисперсионным твердением. К быстрорежущим сталям высокой теплостойкости относятся Р9М4К8, Р10К5Ф5, Р6М5К5, Р9К10.
Назначение некоторых марок быстрорежущих сталей приведено в табл. I.4.
I.4. Примерное назначение быстрорежущих сталей (по ГОСТ 19265–73)
Марка | Свойства | Шлифуемость | Назначение |
Р18 | Удовлетворительная прочность, широкий интервал закалочных температур | Удовлетворительная | Для обработки конструкционных материалов |
Продолжение табл. I.4
Марка | Свойства | Шлифуемость | Назначение |
Р9
Р6М5*
Р18К5Ф2 Р9М4К8 Р6М5К5
Р10К5Ф5
Р9К5
Р9К10
Р12Ф3
Р6М5Ф3 | Близка по своим свойствам к стали Р18, несколько более высокая износостойкость, повышенная пластичность при температурах пластической деформации Близка по своим свойствам к стали Р18
Повышенная прочность, более узкий, чем у стали Р18, интервал оптимальных закалочных температур, повышенная склонность к обезуглероживанию Повышенная вторичная твердость и износостойкость
Повышенная вторичная твердость, высокая износостойкость
Повышенная вторичная твердость
То же
Повышенная прочность и износостойкость
Удовлетворительная прочность, повышенная износостойкость | То же
Пониженная
Удовлетворительная
Пониженная
Низкая
Пониженная, близкая к стали Р9
То же
То же
Пониженная То же | То же Для обработки конструкционных материалов и для инструментов, не требующих большого объема шлифования То же, что и для стали Р18, предпочтительна для изготовления резьбонарезного инструмента, работающего с ударными нагрузками
Для обработки высокопрочных, нержавеющих и жаропрочных сталей и сплавов в условиях повышенного разогрева режущей кромки Для обработки высокопрочных, нержавеющих и жаропрочных сталей и сплавов, материалов, обладающих абразивными свойствами в условиях повышенного разогрева режущей кромки Для обработки сталей и сплавов повышенной твердости и вязкости, пригодна для работы с ударными нагрузками Для обработки нержавеющих и жаропрочных сталей и сплавов, сталей повышенной твердости и вязкости Для изготовления инструментов (резцов, зенкеров, разверток, сверл и др.), применяемых при чистовой обработке на средних режимах резания вязких аустенитных сталей, а также материалов, обладающих абразивными свойствами. Для изготовления сверл методами пластической деформации Для изготовления инструментов (фасонных резцов, разверток, протяжек, фрез и др.), применяемых при чистовой и получистовой обработке на средних скоростях резания углеродистых и легированных конструкционных сталей |
* Выпускается также с повышенным содержанием углерода (марки 10Р6М5), вследствие чего имеет увеличенный период стойкости.
* Выпускается также с повышенным содержанием углерода (марки 10Р6М5), вследствие чего имеет увеличенный период стойкости.
П р и м е ч а н и е. Свойства стали Р18 приняты в качестве исходных при сравнительной оценке других марок быстрорежущих сталей.
Рекомендации по применению инструментальных быстрорежущих сталей для изготовления режущего инструмента приведены в табл. I.5.
Дополнительное легирование быстрорежущих сталей молибденом, ванадием и кобальтом, как правило, приводит к значительному сужению интервала закалочных температур по сравнению со сталью Р18. Это требует строгого соблюдения технологической дисциплины при термической обработке металлорежущих инструментов.
I.5. Рекомендуемые марки быстрорежущих сталей для изготовления режущего инструмента
Обрабаты-ваемый материал | Инструмент | ||||||||
Резцы | Сверла |
Разверт-ки, зенкеры
| Мет-чики, плашки | Протяж-ки, прошив-ки |
Зуборез-ный инстру-мент | ||||
концевые | насадные цилиндри-ческие | дисковые | |||||||
Углеродистые и низколегиро-ванные стали |
10Р6М5, Р12Ф2М3К8*, Р12Ф4К5*, Р6М5К5*
|
Р6М5, 10Р6М5, Р12Ф3 |
Р6М5, 10Р6М5, Р6М5К5 |
Р6М5, 10Р6М5 |
Р6М5, 10Р6М5 |
Р6М5, 10Р6М5, Р6М5К5* |
Р6М5, 10Р6М5, Р6М5К5* |
Р6М5, 10Р6М5, Р6М5К5 |
Р6М5, Р6М5К5*, Р9М4К8* |
Легированные улучшенные стали | Р12Ф2М3К8, Р12Ф4К5, Р6М5К5 | 10Р6М5, Р12Ф3, Р6М5К5 | 10Р6М5, Р6М5К5, Р9М4К8 | Р6М5, 10Р6М5, Р9М5К5 | 10Р6М5, Р12Ф3, Р6М5К5, Р12Ф2М3К8
| Р6М5К5, Р9М4К8, Р12Ф2М3К8
| Р6М5К5, Р9М4К8, Р12Ф2М3К8, Р12Ф4К5 | Р6М5К5, Р9М4К8, Р12Ф2М3К8 | Р6М5К5, Р9М4К8 |
Высоколегиро-ванные конструкци-онные, в том числе нержавеющие стали | Р12Ф2М3К8, Р12Ф4К5, Р6М5К5 | Р6М5К5, 10Р6М5, Р12Ф3 | Р6М5К5, Р9М4К8, 10Р6М5 | Р6М5К5, 10Р6М5, Р6М5 | 10Р6М5, Р12Ф3, Р6М5К5, Р12Ф2М3К8** | Р6М5К5, Р9М4К8, Р12Ф2М3К8 | Р6М5К5, Р12Ф2М3К8, Р9М4К8, Р12Ф4К5 | Р6М5К5, Р6М4К8, Р12Ф2М3К8 | Р6М5К5, Р9М4К8 |
Жаропрочные стали и сплавы, высокопрочные стали | Р12Ф2М3К8, Р12Ф4К5, Р6М5К5 | Р6М5К5, Р9М4К8, Р12Ф2М3К8 | Р12Ф2М3К8, Р12Ф4К5, Р6М5К5 | 10Р6М5, Р6М5К5, Р12Ф2М3К8 | 10Р6М5, Р12Ф3, Р12Ф2М3К8** | Р12Ф2М3К8, Р9М4К8, Р6М5К5 | Р12Ф4К5, Р12Ф2М3К8, Р9М4К8, Р6М5К5 | Р12Ф2М3К8, Р9М4К8, Р6М5К5 | Р9М4К8, Р6М5К5 |
* Применяется при работе на больших скоростях резания.
** Применяется для прошивок при обработке сталей и сплавов с твердостью HRC 35.
С целью повышения стойкости быстрорежущих инструментов используется метод глубокого охлаждения, а также применяется дополнительная поверхностная физико-химическая обработка (жидкостное низкотемпературное цианирование, сульфидирование, сульфоционирование, электроискровое упрочнение). Этим видам обработки подвергаются уже заточенные инструменты.
Из перспективных марок быстрорежущих сталей следует отметить стали АР6М5 и 10АР6М5, которые являются модификациями стандартных сталей Р6М5 и 10Р6М5, дополнительно легированных азотом (0,06–0,09 %), что повысило вторичную твердость на 1–2 ед. HRC. После окончательного шлифования инструменты из этих сталей рекомендуется подвергнуть еще одному отпуску при 400–450 °С с выдержкой 1,5–2 ч. Повышенными режущими свойствами (на 20–30 %) обладают стали, легированные азотом.
Весьма перспективны быстрорежущие стали, получаемые методом порошковой металлургии. Исходные заготовки при этом процессе изготовляются путем прессования порошка, полученного при распылении расплавленной быстрорежущей стали в струе нейтрального газа.
Прессование производится при температуре порядка 1150 °С и давления 9,8 МПа в течение 5–6 ч, после чего производится ковка или протяжка заготовок. В результате повышается однородность материала (карбидная неоднородность сводится к минимуму), его вязкость, уменьшаются термические деформации. Допускается легирование кобальтом (до 8 %) и ванадием (до 3 %).
* Выпускается также с повышенным содержанием углерода (марки 10Р6М5), вследствие чего имеет увеличенный период стойкости.