Быстрорежущих инструментальных сталей (ГОСТ 19265-73)
Марка стали | Твердость HRCЭ, не менее | Область применения |
Р18 | Легированные конструкционные стали. | |
Р6М5 | Легированные конструкционные стали. | |
Р9К5 | Чистовая и получистовая обработка углеродистых и легированных конструкционных сталей. | |
Р6М5Ф3 | Чистовая и получистовая обработка углеродистых и легированных конструкционных сталей. | |
Р6М5К5 | Чистовая и получистовая обработка улучшеных легированных и нержавеющих сталей. | |
Р12Ф3 | Чистовая обработка вязкой аустенитной стали и материалов, обладающих абразивными свойствами. |
Современные быстрорежущие стали можно разделить на четыре группы.
Стали нормальной теплостойкости.К ним относятся вольфрамовые Р18, Р12, Р9 и вольфрамомолибденовые Р6М5, Р6МЗ, Р8МЗ (табл. 1.5). Эти стали имеют твердость в закаленном состоянии 63...66 НRСэ, предел прочности при изгибе 2900...3400 МПа, ударную вязкость 2,7... 4,8 Дж/м2 и теплостойкость 600...650 °С. Указанные марки сталей получили наиболее широкое распространение при изготовлении режущих инструментов. Они используются при обработке конструкционных сталей, чугунов, цветных металлов, пластмасс. Иногда применяются быстрорежущие стали, дополнительно легированные азотом (Р6АМ5, Р18А и др.), которые являются модификациями обычных быстрорежущих сталей. Легирование азотом повышает режущие свойства инструмента на 20...30 %, твердость – на 1…2 единицы НRСэ.
Таблица 1.5. Некоторые свойства быстрорежущих сталей
Нормальной теплостойкости.
Марка стали | ρ, г/см3 | Твердость | После закалки | Температура, С | Теплостойкость, оС | |||
После отжига, НВ | После закалки и отпуска, НRСэ | , МПа | 105, Дж/м2 | Закалки | Отпуска | |||
Р18 | 8,75 | 2,9…3,1 | 3,0 | |||||
Р9 | 8,3 | 3,35 | 2,0 | |||||
Р6М5; Р6АМ5 | 8,15 | 3,3…3,4 | 4,8 | |||||
11Р3АМ3Ф2 | 7,9 | 2,9…3,1 | 4,5 | |||||
Р6М5Ф3 | 8,15 | - | 4,0 | |||||
Р12Ф3 | 8,39 | 3,0…3,1 | 2,7 | |||||
Р9К5 | 8,25 | 2,5 | 0,7 | |||||
Р6М5К5 | 8,15 | 3,0 | 2,75 | |||||
Р9М4К8 | 8,3 | 2,5 | 2,6 |
Стали повышенной теплостойкости характеризуются повышенным содержанием углерода — 10Р8МЗ, 10Р6М5; ванадия — Р12ФЗ, Р2МЗФ8, Р9Ф5; кобальта — Р18Ф2К5, Р6М5К5, Р9К5, Р9К10, Р9М4К8Ф, 10Р6М5Ф2К8 и др.
Твердость сталей в закаленном состоянии достигает 66...70 НRСэ, они имеют более высокую теплостойкость (до 620...670 °С). Это дает возможность использовать их для обработки жаропрочных и нержавеющих сталей и сплавов, а также конструкционных сталей повышенной прочности и закаленных. Период стойкости инструментов из таких сталей в 3…5 раз выше, чем из сталей Р18, Р6М5.
Таблица 1.6. Некоторые составы высокованадиевых сталей.
Марка стали | Химический состав, % (масса) | ||||
С | W | Мо | Сr | V | |
Р12Ф4 Р6М5Ф3 Р6М5Ф4 | 1,27 1,2 1,3 | 5,8 5,8 | до 1 5,0 5,0 | 4,0 4,2 4,2 | 4,0 3,0 4,0 |
Таблица 1.7. Составы наиболее применяемых кобальтовых
Быстрорежущих сталей.
Марка стали | Химический состав, % по массе | |||||
C | W | Mo | Cr | V | Co | |
Р9К5 Р9К10 Р18Ф2К5 Р6М5К5 Р6М5К8 Р2М9К8 Р12Ф4К5 | 0,9 0,9 0,77 0,88 0,90 0,90 1,35 | 9,0 9,0 18,0 6,2 6,2 1,8 12,2 | до 1,0 до 1,0 до 1,0 5,0 5,0 8,6 до 1,0 | 4,0 4,0 4,0 4,0 4,1 4,0 4,5 | 2,3 2,3 1,5 1,9 1,9 2,0 4,0 | 5,0 10,0 5,0 5,0 8,0 8,2 4,8 |
Стали высокой теплостойкости характеризуются пониженным содержанием углерода, но весьма большим количеством легирующих элементов — Bl1M7K23, В14М7К25, ЗВ20К20Х4Ф. Они имеют твердость 69...70 HRCЭ, и теплостойкость 700....720 °С. Наиболее рациональная область их использования — резание труднообрабатываемых материалов и титановых сплавов. В последнем случае период стойкости инструментов в 30…80 раз выше, чем из стали Р18, и в 8…15 раз выше, чем из твердого сплава ВК8. При резании конструкционных сталей и чугунов период стойкости возрастает менее значительно (в 3…8 раз).
Таблица 1.8. Составы некоторых сталей высокой теплостойкости.
Марка стали | Химический состав, % по массе | |||||
C | W | Mo | Cr | V | Co | |
В11М7К23 В14М7К25 | 0,1 0,1 | 11,0 14,0 | 7,0 7,0 | - - | 0,5 0,5 | 23,0 25,0 |
Безвольфрамовыестали
В связи с острым дефицитом вольфрама в СССР и за рубежом разрабатываются безвольфрамовые инструментальные материалы,в том числе быстрорежущие стали.
К таким сталям относятся маловольфрамовые Р2М5, РЗМЗФ4К5. Р2МЗФ8, А11РЗМЗФ2 и безвольфрамовая 11М5Ф. Эксплуатационные свойства указанных сталей близки к свойствам традиционных быстрорежущих сталей соответствующих групп.
В последние годы нашли применение безвольфрамовыестали М6Ф1, М6Ф3, М5Ф1С, М5Ф1С4 и др.
Перспективным направлением в повышении качества быстрорежущих сталей является получение их методами порошковой металлургии. Стали Р6М5К5-П (П — порошковая), Р9М4К8-П, Р12МЗФЗК10-П и другие имеют очень однородную мелкозернистую структуру, хорошо шлифуются, меньше деформируются при термообработке, отличаются стабильностью эксплуатационных свойств. Период стойкости режущих инструментов из таких сталей возрастает до 1,5 раза.
Наряду с порошковыми быстрорежущими сталями хорошо зарекомендовали себя так называемые карбидостали, содержащие до 20 % TiC, которые по служебным характеристикам занимают промежуточное место между быстрорежущими сталями и твердыми сплавами.
ТВЕРДЫЕ СПЛАВЫ
Твердые сплавы представляют собой сплавы карбидов тугоплавких металлов с кобальтом, являющимся своеобразной связкой. Твердые сплавы обладают высокой твердостью, износостойкостью и теплостойкостью до 1000 °С. При этом они обладают меньшей ударной вязкостью и теплопроводностью по сравнению с быстрорежущими сталями. Твердые сплавы выпускают в виде пластинок различных форм и размеров, получаемых методом порошковой металлургии.
Промышленностью выпускаются три группы вольфрамовых твердых сплавов (ГОСТ 3882–74): ВК – вольфрамовые, ТК – титановольфрамовые и ТТК – титанотанталовольфрамовые. Кроме того, существует еще группа безвольфрамовых твердых сплавов на основе карбидов и карбонитридов титана с добавками молибдена, никеля и других тугоплавких металлов.
Однокарбидные вольфрамокобальтовые сплавы производят на базе карбида вольфрама и называют вольфрамовыми (группа ВК). В марках ВК2, ..., ВК30 буква К обозначает кобальт Co, цифра показывает его содержание в процентах, остальное – карбид вольфрама WC.
Пример расшифровки сплава ВК8: 8% Co + 92% WC.
Сплавы этой группы наиболее прочные. С увеличением содержания кобальта повышается сопротивление сплава ударным нагрузкам, но уменьшается его износостойкость. Применяются однокарбидные сплавы для обработки чугуна, цветных металлов и их сплавов и неметаллических материалов точением, фрезерованием и т. п. Предельная теплостойкость этих материалов определяется началом интенсивного окисления карбидов, т. е. температурой 950…1000 °С.
Двухкарбидные титановольфрамокобальтовые твердые сплавы содержат карбиды вольфрама, и титана и называются титановольфрамовыми (группа ТК). В марках Т5К10, Т14К8, Т15К6, Т30К4 цифры после буквы Тпоказывают процентное содержание карбида титана TiC, буква К– Co, цифра после буквы К– содержание кобальта в %, остальное – WC.
Пример расшифровки сплава Т15К6: 15% TiC + 6% Co + 79% WC.
Таблица 1.9. Физико-механические характеристики