Мало- и безвольфрамовые быстрорежущие стали

Углеродистые стали.

Появились в середине 19 века и более 50 лет были единственным материалом для изготовления режущего инструмента. Марки этих сталей обозначаются буквой «У». Выпускаются углеродистые инструментальные стали двух типов по ГОСТ 1435 – 74:

1. Качественные: У7, У8, У10, У11, У12, У13

2. Высококачественные: У7А, У8А, У10А, У11А, У12А, У13А

Химический состав стали: углерод (С) – 0.6 – 1.4%, кремний (Si) – 0.35 – 0.4%, марганец (Mn) – 0.35 – 0.4%, сера (S) – 0.02 – 0.03%, фосфор (Р) – около 0.03%.

Например: У7 – углеродистая качественная сталь, содержание углерода 0.7%, кремния 0.35 – 0.4%, марганца 0.35 – 0.4%, серы 0.02 – 0.03%, фосфора около 0.03%.

Для повышения твердости углеродистые стали подвергают термообработке (закалка при t = 750 – 820⁰С, быстрое охлаждение в воде, отпуск при t = 120 - 150⁰С - для снятия внутренних напряжений, повышения прочности и вязкости). В результате термообработки сталь приобретает твердость 61…63 HRC_э и обрабатывает материалы твердостью ≈ до 30 HRC_э. Однако, углеродистые стали при термообработке не дают сквозной закалки, и твердость на поверхности в 61…63 HRC_э понижается до 41 HRC_э в серединных слоях инструмента, кроме того в процессе термообработки они склонны к образованию трещин и имеют низкую теплостойкость.

Недостатки:

- низкая теплостойкость 200- 250⁰С;

- хрупкость.

Поэтому из углеродистых сталей изготавливают инструменты малых габаритных размеров для работы по мягким металлам с малой скоростью резания, преимущественно для единичного и мелкосерийного производства, а также изготовления слесарного. Кузнечного и деревообрабатывающего инструмента, подвергающегося ударам во время работы и требующего большой вязкости при повышенной твердости.

Применяют для изготовления:

- ручного слесарного инструмента (зубил, отверток, ножниц, пил, ножовок, напильников)

- метчиков, плашек, сверл малых диаметров и других инструментов, работающих с V = до 8 – 10 м/мин.

Легированные стали.

Появились в конце 19 века. Марки и химический состав определяется ГОСТ5950-73. От углеродистых сталей отличаются повышенным содержанием кремния и марганца, а также одного или нескольких легирующих элементов.

Для обозначение легирующих элементов в марках сталей приняты следующие обозначения:

У – углерод

Г – марганец (увеличивает упругие свойства сталей);

С – кремний (увеличивает твердость и жидкотекучесть стали);

Ср – сера – (вредная примесь, исключает возможность ковки и проката стали (красноломкость), но улучшает ее обрабатываемость);

П – фосфор (придает стали хрупкость и твердость, увеличивает жидко-текучесть);

Х – хром (увеличивает твердость, прочность, коррозионную стойкость материала, понижает пластичность);

В – вольфрам (повышает твердость и теплостойкость материала);

Ф – ванадий (повышает твердость и прочность материала, образует мелкозернистую структуру);

М – молибден (повышает упругость, прочность, теплостойкость, коррозионную стойкость материала);

Легированные инструментальные стали подразделяются на:

1. низколегированные – ХВ4, В2Ф, 13Х. 9ХФ, 11ХФ – применяются для изготовления плашек, метчиков, зубил, шаберов, …

2. высоколегированные – 9ХС. ХВГ, ХВСГ, … - применяются для изготовления разверток и сверл малых диаметров, фасонных резцов, концевых фрез, протяжек, метчиков, …

Эти стали обладают более высокими технологическими свойствами – лучшей закаливаемостью и прокаливаемостью, меньшей склонностью к короблению. После термической обработки твердость легированных сталей составляет 62 …65 НRC_э, теплостойкость 350 – 400⁰С, что практически равно теплостойкости углеродистой стали. Допустимая скорость резания 15 – 25 м/мин.

Из группы легированных инструментальных сталей особо необходимо выделить сталь ХВГ, которая имеет весьма малую склонность к короблению при термообработке и используется для изготовления длинномерных режущих инструментов (протяжки, гаечные метчики), работающих с малыми скоростями резания, а также корпусов и державок сборных инструментов.

Быстрорежущие стали.

Появились в начале 20 века. Быстрорежущие стали от углеродистых и легированных инструментальных сталей отличаются высоким содержанием легирующих элементов: вольфрама; хрома; молибдена; ванадия; кобальта; азота.

К – кобальт – увеличивает ударную вязкость, жаростойкость.

А – азот – повышает режущие свойства инструмента на 20 – 30% и твердость на на 1 – 2 единицы HRC_э.

Современные быстрорежущие стали можно разделить на две группы:

1. стали нормальной теплостойкости (их твердость составляет 63 - 65 НRC_э, теплостойкость 615 – 620 ⁰С);
2. стали повышенной и высокой теплостойкости (повышение содержания углерода увеличивает вторичную твердость до 67- 67,5 НRC_э, теплостойкость до 630 – 635⁰ С, при сохранении прочности и вязкости, улучшает износостойкость за счет увеличения количества карбидов, увеличивается стойкость инструментов на 50 – 75%).

Содержание легирующих элементов в быстрорежущих сталях, %

Стали первой группы - используются для изготовления режущих инструментов для обработки деталей из конструкционных сталей, чугунов, цветных металлов и пластмасс.

Стали второй группы - используются для изготовления режущего инструмента для обработки деталей из коррозионно-стойких и жаропрочных сталей и сплавов, в условиях повышенного нагрева лезвия, а также сталей и сплавов повышенных твердости и вязкости.

Основной недостаток – неравномерность распределения карбидов. Для устранения этого недостатка в настоящее время предложены современные технологические способы получения быстрорежущих сталей.

Ванадий при отпуске образует карбид ванадия (VC), который по твердости превышает сложный карбид типа (Fe¸W)_mC_n, являющийся основным в структуре быстрорежущей стали. Следовательно, твердость быстрорежущей стали с ванадием достигает 67- 68 НRC_э, а теплостойкость 630 – 635 ⁰ С. Наличие в структуре ванадиевых сталей большого количества карбидов высокой твердости обуславливает их высокую износостойкость, недостатком этих сталей является их плохая шлифуемость.

Кобальт повышает теплопроводность и теплостойкость стали до 640 – 650⁰С и одновременно вторичную твердость до 66- 70 НRC_э. Содержание кобальта не должно превышать 10%, так как при большом содержании этого элемента увеличивается хрупкость стали.

Интерметаллоиды

Это высоколегированные безуглеродистые дисперсионно-твердеющие сплавы высокой теплостойкости (700 – 725⁰С).

Марки: Р18М3К25; Р18М7К25; Р10М5К25; 3В20К20Х4; В16М4К16Х4Н2; В11М7К23; В14М7К25 и т.д.

Эти стали имеют повышенное содержание углерода (0,1 – 0,3%), повышенную твердость после отпуска до 70 НRC_э, износостойкость, теплопроводность и сравнительно высокую прочность (δ_в = 1500 – 3700 МПа). Иногда их нарывают твердыми сплавами.

Основными легирующими элементами являются: кобальт (16 – 25%), вольфрам (11 – 20%), молибден (4 – 7%). Упрочняющей фазой в этих сталях являются Co₇ W₆ или (FeW)₇ Co₆.

Из них изготавливают инструменты, которыми обрабатывают специальные жаро- и коррозионно- стойкие стали, титановые сплавы. Стойкость инструментов в 10 – 30 раз выше, чем у Р18.

Карбидостали

Которые применяют для изготовления режущих инструментов, представляют собой сплавы порошка карбида титана (TiC) и компонентов стальной связки, на основе:

• быстрорежущей стали Р6М5; Р6М5К5;
• коррозионно-стойкой хромистой стали;
• нержавеющей стали Х18Н9, Х12М;
• различных сплавов железа, легированных хромом, молибденом, медью, никелем, кобальтом.

Карбидостали получают по технологии порошковой металлургии, как обычные твердые сплавы. По свойствам карбидостали занимают промежуточное положение между быстрорежущими сталями и однокарбидными твердыми сплавами, соединяя в себе высокую твердость и износостойкость твердых сплавов с прочностью и вязкостью легированных сталей.

Например: карбидосталь, содержащая 50% TiC + 50% стали Х4Н2М8, имеет

HRA = 73 и δ_в = 1,1 ГПа.

Твердые сплавы.

Появились в конце 20-х годов прошлого века. Их изготавливают методом порошковой металлургии в виде пластин или коронок. Основными компонентами твердых сплавов являются карбиды тугоплавких металлов, а именно:

• карбид вольфрама (WC);
• карбид титана (TiC);
• карбид тантала (TaC);
• карбид ниобия (NвC);

мельчайшие частицы которых соединены связкой из сравнительно мягких и менее тугоплавких кобальта или никеля в смеси с молибденом.

Порошки смешивают в определенных пропорциях и спекают при t = 1500-2000⁰С, получая твердость HRA 82 – 92, в дополнительной термообработке не нуждается. Эти инструментальные материалы сохраняют свои режущие свойства при температуре в зоне резания до 1000⁰С.

Применяемые для обработки резанием твердые сплавы подразделяются на 4 группы:

1. вольфрамовые (однокарбидные) твердые сплавы – ВК;
2. титановольфрамовые (двухкарбидные) твердые сплавы –ТК;
3. титанотанталовольфрамовые (трехкарбидные) твердые сплавы – ТТК;
4. безвольфрамовые твердые сплавы.

Минералокерамика.

Появилась в начале 50-х годов прошлого века. Исходный материал – тонкоизмельченный (размер зерна 1 – 2 мкм) порошок корунда – искусственный оксид алюминия Aℓ₂О₃, полученный прокаливанием технического глинозема при температуре 1500 – 1700⁰С.

Режущая керамика имеет:

• твердость до 95 HRA;
• теплостойкость до 1400⁰С;
• высокую износостойкость;
• малое сходство с металлами;
• пониженную склонность к схватыванию с обрабатываемым материалом;
• большую экономичность благодаря дешевизне исходного материала;
• низкое содержание карбидов тугоплавких материалов (титана, молибдена и т.д.).

Недостатки: низкая ударная вязкость (0,5 – 1,2 Н∙м/см²); низкая пластичность, плохая сопротивляемость циклическим изменениям силовой и тепловой нагрузки.

Основное назначение: тонкое, чистовое и получистовое точение; растачивание и торцовое фрезерование на оборудовании, имеющем высокую жесткость; скорость резания от 100 – до 700 м/мин; подача от 0,04 – до 0,6 мм/об; глубина резания от 0,3 – до 2,5 мм.

Режущая керамика подразделяется на три базовые группы, отличающиеся составом, технологией изготовления и физико-механическими свойствами.

Оксидная керамика.

Состоит из оксида алюминия Aℓ₂О₃ и небольшого количества оксидов других металлов. Имеет белый цвет. Мелкозернистая структура (0,5 мкм) обеспечивает высокую износостойкость и относительно высокую прочность режущей керамики.

Марки: ЦМ332; ВО13; ВО14; ВО15; ВШ75.

Наибольшее распространение имеют ВО13 и ВШ75 (δ_и = 400 – 550 МПа), твердость 91 – 93 HRA, теплостойкость 1200⁰С.

Оксидно-карбидная керамика

(керметы)

По своему составу является промежуточной композицией между оксидной керамикой и твердым сплавом. В качестве карбидной составляющей применяют смесь карбидов вольфрама и молибдена или карбидов молибдена и титана. Количество карбидов меняется от 20 до 40% по массе.

Марки: В 3; ВОК 60; ВОК 63; ВОК 71; ВОК 95, а также оксидно-нитридная керамика ОНТ 20 (кортинит).

Обладает: - твердостью 93 - 95 HRC_э;

- теплостойкостью 1250 – 1400⁰С;

- δ_и = 650 – 860 МПа.

Нитридная керамика

К этой группе относится силинит – Р – материал нп основе нитрида кремния, композиция: 36,6 % Si₃N₄ +15,4 % Aℓ₂O₃ + 41,8 % TiN. Получают методом горячего прессования. Отличительные особенности:

• стабильность физических свойств и кристаллической структуры при высоких температурах;
• невысокая стоимость и доступность исходного продукта;
• отсутствие в составе вольфрама и его соединений;
• отсутствие адгезии по отношению к черным и цветным металлам.

Обладает: - твердостью 94 - 96 HRC_э;

- теплостойкостью 1200⁰С;

- δ_и = 500 – 700 МПа.

Абразивные материалы.

К абразивным материалам относятся такие естественные и искусственные материалы, основными составляющими которых являются минералы высокой твердости. Они подразделяются на природные (естественные) и искусственные.

Углеродистые стали.

Появились в середине 19 века и более 50 лет были единственным материалом для изготовления режущего инструмента. Марки этих сталей обозначаются буквой «У». Выпускаются углеродистые инструментальные стали двух типов по ГОСТ 1435 – 74:

1. Качественные: У7, У8, У10, У11, У12, У13

2. Высококачественные: У7А, У8А, У10А, У11А, У12А, У13А

Химический состав стали: углерод (С) – 0.6 – 1.4%, кремний (Si) – 0.35 – 0.4%, марганец (Mn) – 0.35 – 0.4%, сера (S) – 0.02 – 0.03%, фосфор (Р) – около 0.03%.

Например: У7 – углеродистая качественная сталь, содержание углерода 0.7%, кремния 0.35 – 0.4%, марганца 0.35 – 0.4%, серы 0.02 – 0.03%, фосфора около 0.03%.

Для повышения твердости углеродистые стали подвергают термообработке (закалка при t = 750 – 820⁰С, быстрое охлаждение в воде, отпуск при t = 120 - 150⁰С - для снятия внутренних напряжений, повышения прочности и вязкости). В результате термообработки сталь приобретает твердость 61…63 HRC_э и обрабатывает материалы твердостью ≈ до 30 HRC_э. Однако, углеродистые стали при термообработке не дают сквозной закалки, и твердость на поверхности в 61…63 HRC_э понижается до 41 HRC_э в серединных слоях инструмента, кроме того в процессе термообработки они склонны к образованию трещин и имеют низкую теплостойкость.

Недостатки:

- низкая теплостойкость 200- 250⁰С;

- хрупкость.

Поэтому из углеродистых сталей изготавливают инструменты малых габаритных размеров для работы по мягким металлам с малой скоростью резания, преимущественно для единичного и мелкосерийного производства, а также изготовления слесарного. Кузнечного и деревообрабатывающего инструмента, подвергающегося ударам во время работы и требующего большой вязкости при повышенной твердости.

Применяют для изготовления:

- ручного слесарного инструмента (зубил, отверток, ножниц, пил, ножовок, напильников)

- метчиков, плашек, сверл малых диаметров и других инструментов, работающих с V = до 8 – 10 м/мин.

Легированные стали.

Появились в конце 19 века. Марки и химический состав определяется ГОСТ5950-73. От углеродистых сталей отличаются повышенным содержанием кремния и марганца, а также одного или нескольких легирующих элементов.

Для обозначение легирующих элементов в марках сталей приняты следующие обозначения:

У – углерод

Г – марганец (увеличивает упругие свойства сталей);

С – кремний (увеличивает твердость и жидкотекучесть стали);

Ср – сера – (вредная примесь, исключает возможность ковки и проката стали (красноломкость), но улучшает ее обрабатываемость);

П – фосфор (придает стали хрупкость и твердость, увеличивает жидко-текучесть);

Х – хром (увеличивает твердость, прочность, коррозионную стойкость материала, понижает пластичность);

В – вольфрам (повышает твердость и теплостойкость материала);

Ф – ванадий (повышает твердость и прочность материала, образует мелкозернистую структуру);

М – молибден (повышает упругость, прочность, теплостойкость, коррозионную стойкость материала);

Легированные инструментальные стали подразделяются на:

1. низколегированные – ХВ4, В2Ф, 13Х. 9ХФ, 11ХФ – применяются для изготовления плашек, метчиков, зубил, шаберов, …

2. высоколегированные – 9ХС. ХВГ, ХВСГ, … - применяются для изготовления разверток и сверл малых диаметров, фасонных резцов, концевых фрез, протяжек, метчиков, …

Эти стали обладают более высокими технологическими свойствами – лучшей закаливаемостью и прокаливаемостью, меньшей склонностью к короблению. После термической обработки твердость легированных сталей составляет 62 …65 НRC_э, теплостойкость 350 – 400⁰С, что практически равно теплостойкости углеродистой стали. Допустимая скорость резания 15 – 25 м/мин.

Из группы легированных инструментальных сталей особо необходимо выделить сталь ХВГ, которая имеет весьма малую склонность к короблению при термообработке и используется для изготовления длинномерных режущих инструментов (протяжки, гаечные метчики), работающих с малыми скоростями резания, а также корпусов и державок сборных инструментов.

Быстрорежущие стали.

Появились в начале 20 века. Быстрорежущие стали от углеродистых и легированных инструментальных сталей отличаются высоким содержанием легирующих элементов: вольфрама; хрома; молибдена; ванадия; кобальта; азота.

К – кобальт – увеличивает ударную вязкость, жаростойкость.

А – азот – повышает режущие свойства инструмента на 20 – 30% и твердость на на 1 – 2 единицы HRC_э.

Современные быстрорежущие стали можно разделить на две группы:

1. стали нормальной теплостойкости (их твердость составляет 63 - 65 НRC_э, теплостойкость 615 – 620 ⁰С);
2. стали повышенной и высокой теплостойкости (повышение содержания углерода увеличивает вторичную твердость до 67- 67,5 НRC_э, теплостойкость до 630 – 635⁰ С, при сохранении прочности и вязкости, улучшает износостойкость за счет увеличения количества карбидов, увеличивается стойкость инструментов на 50 – 75%).

Содержание легирующих элементов в быстрорежущих сталях, %

Стали первой группы - используются для изготовления режущих инструментов для обработки деталей из конструкционных сталей, чугунов, цветных металлов и пластмасс.

Стали второй группы - используются для изготовления режущего инструмента для обработки деталей из коррозионно-стойких и жаропрочных сталей и сплавов, в условиях повышенного нагрева лезвия, а также сталей и сплавов повышенных твердости и вязкости.

Основной недостаток – неравномерность распределения карбидов. Для устранения этого недостатка в настоящее время предложены современные технологические способы получения быстрорежущих сталей.

Ванадий при отпуске образует карбид ванадия (VC), который по твердости превышает сложный карбид типа (Fe¸W)_mC_n, являющийся основным в структуре быстрорежущей стали. Следовательно, твердость быстрорежущей стали с ванадием достигает 67- 68 НRC_э, а теплостойкость 630 – 635 ⁰ С. Наличие в структуре ванадиевых сталей большого количества карбидов высокой твердости обуславливает их высокую износостойкость, недостатком этих сталей является их плохая шлифуемость.

Кобальт повышает теплопроводность и теплостойкость стали до 640 – 650⁰С и одновременно вторичную твердость до 66- 70 НRC_э. Содержание кобальта не должно превышать 10%, так как при большом содержании этого элемента увеличивается хрупкость стали.

Мало- и безвольфрамовые быстрорежущие стали

Низколегированные безвольфрамовые быстрорежущие стали марок 11М5Ф и 11М5Ф10С отличаются повышенной твердостью, теплостойкостью, вязкостью и прочностью.

Маловольфрамовые быстрорежущие стали выпускаются марок Р2М5, 11Р3АМ3Ф2, Р3М3Ф4К5, Р2М3Ф8.

Эти стали рационально использовать для чистового и получистового точения, фрезерования углеродистых и низколегированных сталей, а при сверлении – только на пониженных режимах резания.

По стойкости перечисленные стали уступают вольфрамомолибденовым, следовательно, их следует использовать при обработке углеродистых малолегированных сталей на относительно невысоких режимах резания и при обильном охлаждении, то есть когда полное использование режущих свойств стали Р6М5 невыгодно по технико-экономическим показателям.

Живите по правилу: МАЛО ЛИ ЧТО НА СВЕТЕ СУЩЕСТВУЕТ? Я неслучайно подчеркиваю, что место в голове ограничено, а информации вокруг много, и что ваше право...

Конфликты в семейной жизни. Как это изменить? Редкий брак и взаимоотношения существуют без конфликтов и напряженности. Через это проходят все...

ЧТО ПРОИСХОДИТ, КОГДА МЫ ССОРИМСЯ Не понимая различий, существующих между мужчинами и женщинами, очень легко довести дело до ссоры...

Что способствует осуществлению желаний? Стопроцентная, непоколебимая уверенность в своем...

Не нашли то, что искали? Воспользуйтесь поиском гугл на сайте: