Быстрорежущие стали.

К ним относят высоколегированные стали, предназначенные для изготовления инструментов высокой производительности.

Основное свойство этих сталей - высокая теплостойкость. Она обеспечивается

(кликните для просмотра скана)

введением большого количества вольфрама совместно с другими карбидообразующими элементами: молибденом, хромом, ванадием.

Вольфрам и молибден в присутствии хрома связывают углерод в специальный труднокоагулируемый при отпуске карбид типа и задерживают распад мартенсита. Выделение дисперсных карбидов, которое происходит при повышенных температурах отпуска (500-600 °С), вызывает дисперсионное твердение мартенсита - явление вторичной твердости (см. рис. 5.30, б). Особенно эффективно вторичная твердость и теплостойкость повышаются при введении нескольких сильных карбидообразователей, например, вольфрама (одного или совместно с молибденом) и ванадия. При отпуске ванадий, выделяясь в виде карбидов, усиливает дисперсионное твердение, а вольфрам (молибден), сохраняясь в мартенсите, задерживает его распад.

Увеличению теплостойкости способствует также кобальт. Он не образует карбидов, но, повышая энергию межатомных сил связи, затрудняет коагуляцию карбидов и увеличивает их дисперсность.

В результате комплексного легирования инструменты из быстрорежущих сталей сохраняют высокую твердость до 560-640 °С и допускают в 2-4 раза более производительные режимы резания, чем инструменты из углеродистых и низколегированных сталей.

Быстрорежущие стали (см. табл. 18.1) обозначают буквой Р, цифра после которой указывает содержание (в процентах) вольфрама - основного легирующего элемента (ГОСТ 19265-73). Содержание ванадия (до 2%) и хрома, количество которого примерно 4 % во всех сталях, в марке не указывается. Стали, содержащие дополнительно молибден, кобальт или повышенное количество ванадия, имеют в марке соответственно буквы М, К, Ф и цифры, показывающие их массовую долю в процентах (например, предусмотрено 14 марок быстрорежущих сталей, которые по эксплуатационным свойствам делятся на две группы: нормальной и повышенной производительности.

Группу сталей нормальной производительности образуют вольфрамовые и вольфрамомолибденовые стали, сохраняющие твердость не ниже до температуры При одинаковой теплостойкости эти стали отличаются главным образом механическими и технологическими свойствами. Лучшей обрабатываемостью давлением и резанием, а также прочностью и вязкостью обладают стали Стали плохо шлифуются из-за присутствия твердых карбидов ванадия.

К группе сталей повышенной производительности относятся стали, содержащие кобальт и повышенное количество ванадия: Они превосходят стали первой группы по теплостойкости твердости и износостойкости, но уступают им по прочности и пластичности. Стали повышенной производительности предназначены для обработки высокопрочных сталей, коррозионно-стойких и жаропрочных сталей с аустенитной структурой и других труднообрабатываемых материалов.

Быстрорежущие стали, особенно второй группы, отличаются высокой стоимостью. Для уменьшения расхода дорогих и дефицитных элементов, особенно вольфрама, преимущественно используют экономно-легированные стали. Из них наиболее широкое применение имеет сталь Разрабатываются безвольфрамовые быстрорежущие стали.

Особенности термической обработки, структуры и свойств быстрорежущих сталей представлены на примере сталей

По структуре после отжига быстрорежущие стали относятся к ледебуритному классу. В литом виде они имеют ледебуритную эвтектику, которую устраняют горячей деформацией путем измельчения первичных карбидов.

Ковка стали - ответственная операция. При недостаточной проковке возникает карбидная ликвация - местное скопление карбидов в виде участков неразрушенной эвтектики. Карбидная ликвация снижает стойкость инструмента и увеличивает его хрупкость. Деформированную сталь для снижения твердости (до НВ 2070 — 2550) подвергают изотермическому отжигу. Структура отожженных сталей состоит из сорбитообразного перлита, вторичных и более крупных первичных карбидов. Общее количество карбидов в стали составляет примерно 28%, в стали Основным карбидом стали является сложный карбид вольфрама переменного состава который растворяет в себе часть ванадия и хрома. В остальных сталях кроме и небольшого количества карбида присутствует карбид

В карбидах содержится 80-95% вольфрама и ванадия и 50% хрома. Остальная часть легирующих элементов растворена в феррите.

Высокие эксплуатационные свойства инструменты из быстрорежущих сталей приобретают после закалки и трехкратного отпуска (рис. 18.1). Из-за низкой теплопроводности быстрорежущие стали при закалке нагревают медленно с прогревами при 450 и применяя соляные ванны для уменьшения окисления и обезуглероживания. Особенность закалки быстрорежущих сталей — высокая температура нагрева (см. табл. 18.1). Она необходима для обеспечения теплостойкости получения после закалки высоколегированного мартенсита в результате перехода в раствор максимального количества специальных карбидов.

Степень легирования аустенита (мартенсита) увеличивается с повышением температуры нагрева (рис. 18.2). При температуре 1300 °С достигается предельное насыщение аустенита в нем растворяется весь хром, около

Легирование аустенита происходит при растворении вторичных карбидов. Первичные карбиды не растворяются и тормозят рост зерна аустенита, поэтому при нагреве, близком к температуре плавления, в быстрорежущих сталях сохраняется мелкое зерно.

Быстрорежущие стали по структуре после нормализации относятся к мартенситному классу. От температуры закалки мелкие инструменты охлаждают на воздухе, крупные - в масле.

Рис. 18.1. Схема термической обработки быстрорежущей стали: а — без обработки холодом; б — с обработкой холодом

Рис. 18.2. Изменение химического состава аустенита (мартенсита) в стали в зависимости от температуры нагрева при закалке

Сложные по форме инструменты для уменьшения деформаций подвергают ступенчатой закалке с выдержкой в горячих средах при температуре 500-550 °С.

После закалки не достигается максимальная твердость сталей так как в структуре кроме мартенсита и первичных карбидов содержится 30-40% остаточного аустенита, присутствие которого вызвано снижением температуры точки ниже Остаточный аустенит превращают в мартенсит при отпуске или обработке холодом. Отпуск проводят при температуре 550-570 °С. В процессе выдержки при отпуске из мартенсита и остаточного аустенита выделяются дисперсные карбиды Аустенит, обедняясь углеродом и легирующими элементами, становится менее устойчивым и при охлаждении ниже точки испытывает мартенситное превращение. Однократного отпуска недостаточно для превращения всего остаточного аустенита. Применяют двух-, трехкратный отпуск с выдержкой по и охлаждением на воздухе. При этом количество аустенита снижается до 3-5%. Применение обработки холодом после закалки сокращает цикл термической обработки (см. рис. 18.1,б). В термически обработанном состоянии быстрорежущие стали имеют структуру, состоящую из мартенсита отпуска и карбидов (рис. 18.3), и твердость

Режущие свойства некоторых видов инструментов (фасонные резцы, сверла, фрезы, протяжки и др.) дополнительно улучшают созданием на неперетачиваемых поверхностях тонкого слоя (10-50 мкм) нитридов или карбонитридов. Такой слой характеризуется высокой твердостью и более) и износостойкостью. Его получают газовым или ионным азотированием, которое проводят непродолжительное время (20-30 мин) при температуре, не превышающей температуру отпуска Используют также и другие способы: низкотемпературное цианирование, карбонитрацию, напыление нитридов титана.

Новым технологическим направлением повышения качества инструмента является его производство из распыленных порошков. Благодаря сильному измельчению карбидов и равномерному их распределению в спеченной стали стойкость инструмента увеличивается в раза.