Быстрорежущая сталь: сферы применения, маркировка

СОДЕРЖАНИЕ

• Основные свойства быстрорежущей стали
• Область применения различных марок быстрорежущих сталей
• Методы производства и обработки быстрорежущей стали
• Улучшение характеристик изделий из быстрорежущей стали
• Расшифровка обозначения марок быстрорежущей стали

Быстрорежущая сталь применяется для изготовления инструментов для обработки металла, работающих на высокой скорости. Ее важной особенностью, определяющей сферу применения, является сохранение высокой твердости и износостойкости даже при раскаливании до красноты.

Для получения быстрорежущей стали ее легируют вольфрамом, молибденом, кобальтом и ванадием. Затем применяют такие методы, как прокатка и проковка. Подробнее о свойствах быстрорежущей стали, ее видах и использовании читайте в нашем материале.

Основные свойства быстрорежущей стали

К быстрорежущим сталям относятся металлы с большим количеством легирующих компонентов. Разные добавки меняют свойства сплава. Твердые стали производятся с целью их применения в условиях сильного трения, что происходит в момент резания.

Металл состоит из компонентов, которые увеличивают твердость режущей кромки, благодаря чему детали из этого сплава не выходят из строя при повышенных нагрузках.

Свойства быстрорежущей стали:

• Высокая твердость. Такая характеристика необходима для использования в обработке металлических компонентов резанием. После многочисленных опытов было доказано, что нагретый до 6000 градусов металл остается работоспособным и не портится. При этом быстрорежущие сплавы обычного качества уступают по твердости углеродистым металлам.
• Повышенная стойкость к высокой температуре. Инструмент, который испытывает влияние высокой температуры, должен быть устойчивым и не изменять свои эксплуатационные свойства со временем. При интенсивном трении материал нагревается, и кристаллическая структура быстрорежущих сталей меняется. Это приводит к изменению внешних свойств металла. Сильный нагрев провоцирует увеличение пластичности и снижение твердости. Поверхность инструментов изнашивается с большей скоростью.
• Устойчивость к разрушению. Скорость резания инструментов из быстрорежущей стали объясняет необходимость устойчивости к механическому воздействию. Такое изделие должно быть способно действовать при любых условиях.

Читайте также: «Уровень качества сварного шва: методы контроля»

Таким образом, химические элементы в быстрорежущей инструментальной стали являются определяющими в формировании ее главных свойств.

Область применения различных марок быстрорежущих сталей

В основе долговечного качественного сплава находится правильный химический состав. Свойства, которые проявляет металл при эксплуатации, зависят от тех или иных компонентов. Детали из такого сплава выдерживают значительные нагрузки.

Быстрорежущая сталь подходит для производства маленьких фрез, метчиков, сверл. Инструменты из быстрорежущей стали применяют для обработки конструкционных материалов.

Наличие в сплаве отдельных добавок дает возможность использовать их в узкоспециализированных операциях. Металл с химическим элементом вольфрамом применяется для нарезки резьбы, зубьев инструментов. Добавка кобальта в сплав помогает обрабатывать материалы с большой устойчивостью к коррозии и термическому воздействию. Сплав с ванадием в составе необходим для производства инструментов, участвующих в чистовой обработке заготовок.

Читайте также: «Сварка нержавейки электродом»

Для выполнения сложных работ с металлом сплав должен обладать коррозионной устойчивостью, свойством неизменных параметров и форм, крепостью при воздействии динамических нагрузок.

Методы производства и обработки быстрорежущей стали

Чтобы произвести детали высокого качества, применяют две технологии:

• классический способ, предполагающий отлив жидкого сплава в формы и дальнейшую проковку;
• метод порошковой металлургии, когда расплавленную сталь распыляют струей азота.

Отличное качество и высокие показатели деталей из твердых металлов можно получить только при использовании классической технологии в производстве инструментов.

Данный способ помогает сократить количество карбидных ликваций в отливе, провести предварительный обжиг и последующую закалку заготовки. При выработке деталей классическим методом исключается образование «нафталинового излома», из-за которого готовый инструмент из быстрорежущей стали становится хрупким, подверженным разлому.

Для укрепления сплава, лучшего растворения легирующих элементов быстрорежущих сталей, увеличения зерен во внутренней структуре готовых изделий проводится их закалка. Процедура увеличивает содержание аустенита на 30 % в быстрорежущих сталях, из-за чего снижается теплопроводность материала и его твердость.

Читайте также: «Дуговая сварка в защитном газе: суть процесса»

Для сокращения аустенита в металле до незначительного количества применяют два способа:

1. проведение многократного нагрева детали, воздействие определенной температуры, охлаждение;
2. снижение температуры детали до 80? перед отпуском.

Улучшение характеристик изделий из быстрорежущей стали

Для улучшения характеристик изделий из быстрорежущей стали, к которым относятся твердость, износоустойчивость, коррозионная неуязвимость, выполняют дополнительную обработку.

Прибегают к следующим способам:

• Азотирование, при котором верхние слои металла насыщают азотом. Для обработки требуется газовая среда из азота (80 %) и аммиака (20 %) либо только из аммиака. Перед процедурой необходимо выдержать изделие 10–40 минут при температуре около 550–6600 градусов. Азотирование в газовой среде увеличивает твердость быстрорежущей стали.
• Цианирование, предполагающее добавку в верхние слои сплава углерода и азота. Операция происходит с использованием цианида натрия и других солей с таким же анионом. Есть несколько видов процедуры, которая проводится при разной температуре и с различными целями: высоко-, средне- и низкотемпературное цианирование. Толщина слоя на поверхности металла возрастает с увеличением времени проведения воздействия.
• Сульфидирование, выполняемое в жидком сульфиде с добавлением соединений серы. Для выполнения операции требуется 45–180 минут. Температура плавления при этом достигает 450–5600 градусов.

Читайте также: «Контактная сварка»

Для обработки инструментов из стали используют пар, что улучшает поверхностные качества заготовки. Перед выполнением перечисленных технологий режущая часть оборудования должна пройти заточку, шлифовку и закалку при высокой температуре.

Расшифровка обозначения марок быстрорежущей стали

Впервые быстрорежущий металл для производства инструментов использовали британские инженеры. Изделия из такого сплава применяют для работы с металлами разной твердости, поэтому сталь называется rapidsteel, что переводится как «высокоскоростная». Это свойство и английское выражение послужило основанием для записи типа быстрорежущих сталей и их марок в виде обозначения с буквой «Р».

Маркировка маркировки быстрорежущих сплавов производится в соответствии с ГОСТом, поэтому обозначения легко расшифровать.

После буквы Р указывают цифру, которая означает содержание в металле вольфрама, основного элемента быстрорежущей стали. Также в сплаве содержатся ванадий, молибден и кобальт. Химические элементы записаны в виде букв Ф, М и К. За буквой следует цифра – процент содержания данного компонента в указанном сплаве.

Все стали разделяются на три большие группы. Принадлежность к каждой группе определяется наличием в металле тех или иных элементов, их объема. Расшифровав марку, можно узнать, к какой группе относится сталь.

Есть три категории быстрорежущих сталей:

1. металлы, в которых количество кобальта до 10 %, вольфрама до 22 %; среди них сплавы марок Р6М5Ф2К8, Р10М4Ф3К10 и прочие;
2. металлы, в которых количество кобальта не более 5 % и вольфрама до 18 %; к сплавам относятся марки Р9К5, Р18Ф2К5, Р10Ф5К5 и прочие;
3. металлы, в которых количество кобальта и вольфрама не более 16 %; среди них – марки стали Р9, Р18, Р12, Р6М5 и другие.

Читайте также: «Сварка медных проводов: разбираемся в технологии»

Если быстрорежущая сталь имеет в составе большое количество вольфрама, кобальта и ванадия, то образуется карбидная неоднородность, которая впоследствии способствует окрашиванию кромок режущих инструментов из сплава при воздействии механических нагрузок.

Чтобы не допустить появления этого дефекта, в сталь добавляют молибден. Такой металл более однородный, кромки изделий не окрашиваются, и твердость материала одинакова на всех режущих участках.

Марка стали Р18 используется для производства деталей, которые должны обладать повышенными эксплуатационными качествами. За счет внутренней структуры с мелкими зернами сплав показывает отличную износостойкость. Также данная марка отличается от прочих тем, что при термической обработке изделий из быстрорежущих сталей не происходит перегрева. Существенным недостатком материала является высокая цена, из-за чего его нередко заменяют более дешевым аналогом – Р9.

Невысокая цена стали марок Р9 и Р9К5, а также металлов с обозначением Р18, объясняется существенными недостатками, которые присущи этому виду быстрорежущих сплавов. Самым большим минусом материалов является то, что после отжига данные сплавы могут испытывать пластические деформации.

Из сталей марки Р18 нельзя произвести высокоточный инструмент, так как заготовки невозможно обработать и хорошо отшлифовать. Хорошими качествами в отношении прочности и пластичности, состояния в отложенном виде имеет материал с обозначением быстрорежущей стали Р12, свойства которого аналогичны металлу Р18.

Читайте также: «Технология сварки сталей»

Быстрорежущие стали применяют при изготовлении инструментов и оборудования для резки и обработки деталей из металлов при высоких нагрузках и обороте. Такие сплавы должны быть прочными, износостойкими, устойчивыми к нагреву и охлаждению. Все характеристики стали отражает ее маркировка, на которую стоит обращать внимание.