Быстрорежущие стали

Быстрорежущие стали широко применяют для изготовления режущего инструмента, работающего в условиях значительного силового нагружения и нагрева (до 600–640 °С) режущих кромок. К этой группе сталей относятся высоколегированные вольфрамом совместно с другими карбидообразующими элементами (молибден, хром, ванадий) стали, приобретающие высокие твердость, прочность, тепло- и износоустойчивость в результате двойного упрочнения: а) мартенситного при закалке; б) дисперсионного твердения при относительно высоком отпуске (500–620 °С), вызывающего выделение упрочняющих фаз.

Быстрорежущие стали маркируют буквой «Р» (rapid — быстрый) и числом, показывающим среднее содержание W, а также последующими буквами и цифрами, указывающими другие легирующие элементы и их количество, как в стандартной маркировке легированных сталей. В марках быстрорежущих сталей не указывают углерод и хром (их массовая доля  1 % и  4 % соответственно), а также молибден до 1 % включительно и ванадий в сталях Р18, Р9, Р9К5, Р6М5 и др.

Химический состав быстрорежущих сталей приведен в табл. 6.7.

По основным свойствам быстрорежущие стали подразделяются на пять подгрупп: 1) стали умеренной теплостойкости (типа Р9, Р6М5); 2) повышенной износостойкости (типа Р12Ф3, Р6М5Ф3); 3) повышенной теплостойкости (типа Р6М5К5, Р9К5); 4) высокой износо- и теплостойкости (типа Р18К5Ф2); 5) высокой твердости и теплостойкости с улучшенной шлифуемостью (типа Р9М4К8, В11М7К23).

Вместе с тем эти стали имеют много общих характеристик. Поэтому для упрощения рассмотрения особенностей структуры, свойств и режимов термообработки их можно разделить на три группы по производительности обработки:

• стали нормальной производительности (стали умеренной теплостойкости);
• стали повышенной производительности (стали повышенной тепло- и износостойкости);
• стали высокой производительности (стали высокой тепло- и износостойкости).

Таблица 6.7

Марки и химический состав (масс. %) быстрорежущих сталей (ГОСТ 19265–73)

Примечания:

1. В марках стали буквы и цифры означают: Р — быстрорежущая; цифра, следующая за буквой, — среднюю массовую долю вольфрама, М — молибден, Ф — ванадий, К — кобальт, А — азот; цифры следующие за буквами, означают соответственно массовую долю молибдена, ванадия и кобальта.

В обозначениях марок стали не указывают массовую долю: хрома — при любой массовой доле; молибдена — до 1 % включительно; ванадия — в стали марок Р18, Р9, Р6М5, Р9К5, Р6М5К5, Р9М4К8 и Р2АМ9К5; азота — в стали марок 11Р3АМ3Ф2 и Р2АМ9К5.

1. По требованию потребителя допускается изготовление стали марок Р6М5 и Р6М5Ф3 с легированием азотом (массовая доля азота 0,05–0,10 %). В этом случае наименование марок — Р6АМ5 и Р6АМ5Ф3.

* Состав указан по ТУ.

Структура сталей с карбидным упрочнением (стали типа «Р») примерно одинакова для всех групп. После окончательной термообработки (закалка + отпуск) их структура состоит из мартенсита с выделением дисперсных частиц легированных карбидов в основном типа М₆С и МС. Такая структура обеспечивает теплостойкость инструмента до 600–640 °С.

Наиболее высокую теплостойкость (до 700–720 °С) имеют высоколегированные сплавы системы Fe—Co—W—Mo с интерметаллидным упрочнением (марки В4М12К23 и В11М7К23). После окончательной термообработки структура этих сплавов состоит из безуглеродистого (или малоуглеродистого) мартенсита с невысокой твердостью (30–40 HRC_Э) и мелкодисперсных интерметаллидов (Fe,Co)₇(W,Mo)₆, Fe₃W₂(Fe₃Mo₂), (Fe,Co,Ni)₇ (W,Mo)₆.

Высокие твердость (HRC_Э 68–70) и теплостойкость (720 °С) обеспечиваются: а) более высокими температурами (900–950 °С) начала фазовых превращений, что на 100 °С выше, чем у стали с карбидным упрочнением; б) большими количествами упрочняющих фаз, отличающихся высокой дисперсностью (до 2–3 мкм) и равномерностью распределения в основной матрице [3].

Быстрорежущие стали относятся к ледебуритному (карбидному) классу и их структура примерно одинакова. Слитки этих сталей содержат карбидную эвтектику в виде сетки по границам аустенитных зерен (рис. 6.1, а), которая резко снижает обычные механические свойства, особенно пластичность. В процессе горячей обработки давлением (ковка, прокатка) карбидная эвтектика раздробляется и измельченные карбиды более равномерно распределяются в основной матрице (рис. 6.1, б).

После прокатки или ковки быстрорежущие стали подвергают изотермическому отжигу для уменьшения твердости и облегчения механической обработки. Сталь выдерживают при 800–850 °С до полного превращения аустенита в перлитно-сорбитную структуру с избыточными карбидами (рис. 6.1, б).

Термическая обработка. Высокую твердость и теплостойкость при удовлетворительной прочности и вязкости инструменты из быстрорежущих сталей приобретают после закалки и многократного отпуска.

Закалка.При нагреве под закалку необходимо обеспечить максимальное растворение в аустените труднорастворимых карбидов вольфрама, молибдена и ванадия. Такая структура увеличивает прокаливаемость и позволяет получить после закалки высоколегированный мартенсит с высокой теплостойкостью. Поэтому температура закалки очень высокая и составляет  1200–1300 °С (см. табл. 6.8.).

Рис. 6.1. Микроструктура быстрорежущей стали Р6М5: а) литое состояние; б) после ковки и отжига;
в) после закалки; г) после отпуска. ×500.

Таблица 6.8

Дата добавления: 2015-07-26; просмотров: 156; Нарушение авторских прав

Мы поможем в написании ваших работ!