Новые направления в создании быстрорежущих сталей

Разработаны новые марки безвольфрамовых быстрорежущих сталей нормальной производительности – 9Х6М3Ф3АГСТ (ЭК–41) и 9Х4М3Ф2АГСТ (ЭК–42). Стали имеют меньшую плотность, что сокращает расход быстрорежущих сталей на 4–5 %. По режущим свойствам они соответствуют свойствам стали Р6М5, что и предопределяет область их применения.

Для чистовых инструментов при обработке вязкой аустенитной стали и материалов, обладающих абразивными свойствами нашла, применение сталь Р12Ф3 с высоким содержанием ванадия. Применяются стали с повышенным содержанием углерода и азота при низком содержании вольфрама и молибдена (11Р3АМ3Ф2) для инструментов простой формы при обработке углеродисты и низколегированных сталей (красностойкость до 620⁰С).

Цементуемые быстрорежущие стали. Быстрорежущие стали, несмотря на высокую стоимость, находят широкое приме­нение в промышленности. Снижение стоимости инструмента из быстрорежущей стали и повышение его долговечности имеет большое практическое значение. В Польше разработаны новые, экономные с точки зрения химического состава стали и более эффективные технологии ХТО. В институте прецизионной механики разработана быстрорежущая сталь (условная марка SM5) с пониженным содержанием углерода. Такая сталь предназначена для инструмента, изготовляемого методом пластической деформации и штамповки, работающего в условиях ударной нагрузки, а также для крупногабаритного инструмента. Ниже рассмотрены технологические, и эксплуатационные свойства этой стали, а также режимы ее термической обработки. В результате испытаний большого количества плавок, проведенных в лабораторных и промыш­ленных условиях, установлен оптимальный хими­ческий состав быстрорежущей стали для цемента­ции: 0,35 % С; 4 %–Сг; 1 % W; 5 % Мо; 1 % V; 0,2 % Ti; 0,1 % Nb; 0,05 % N.

Термическая обработка инструмента из быс­трорежущей стали SM5 заключается в высокотем­пературной цементации при 1000–1050°С с последующей аустенитизацией при 1080–1120°С в этой же печи и закалкой с температуры цемента­ции в масле или закалочных жидкостях, близких по охлаждающим способностям к маслу. После закалки, как и в случае других быстрорежущих сталей, проводят отпуск на вторичное твердение. Режим термической обработки подбирается инди­видуально для определенного инструмента.

В таблице 7.1 даны свойства образцов из разработанной стали SM5 и для сравнения – стандартной быстрорежущей ста­ли SW7M (0,8 % С; 4 % Сг; 5 % Мо; 2 % V; 7 % W). Видно, что при одинаковой твердости поверхнос­тного слоя образцы стали SM5 имеют более высо­кое сопротивление ударным нагрузкам и коэффи­циент вязкости разрушения, чем сталь SW7M.

Таблица 7.1 – Свойства образцов из стали SM5 и SW7M

Показано, что в разработанной стали для цементации по срав­нению со сталью типа SW7M значительно мень­ше объемной доли карбидной фазы, но количес­тва частиц карбидов больше, причем эти карбиды мельче. Вследствие этого поверхность раздела карбидной фазы и матрицы относительно боль­шая, что облегчает их растворимость в процессе аустенитизации и насыщение аустенита легиру­ющими элементами. Качественный анализ пока­зывает, что в стали SM5, как и в сталях типа SW7M, в отожженном состоянии в основном со­держатся карбиды типа M₆C; наблюдается также небольшое количество карбидов М₂₃С₆ и МС. В закаленной стали SM5 среди нерастворенных в процессе аустенитизации карбидов – 60 % состав­ляют карбиды типа МС и – 40 % – карбиды типа M₆C. Основная масса карбидов, которая перешла в твердый раствор, – это карбиды типа М₆С. После отпуска в местах первичных выделений карбидов в стали наблюдаются в основном кар­биды типа МС (–65 %) и M₆C, а также образовав­шиеся при отпуске мелкие карбиды типа М₃С.

Разработанную быстрорежущую сталь SM5 можно поставлять в виде кованых стержней и хо­лоднокатаной ленты, что позволяет изготовлять полуфабрикаты для инструмента определенного типа, т. е. экономить тем самым материал и энер­гию на механическую обработку. Незначительная сегрегация карбидов позволяет осуществлять про­изводство крупногабаритного инструмента. Новая сталь предназначена в основном для инструмента следующих типов: плоского по форме (пильные полотнообразные фрезы и др.); крупногабаритного, производство, которого из быстрорежущих сталей до сих пор невозможно из-за большой сегрегации карбидов; работающего в условиях ударной нагрузки; изготовляемого методом холодной и горя­чей формовки.

Твердые сплавы

Твердые сплавы являются спеченными порошковыми материалами на основе твердых тугоплавких соединений переходных металлов. Основой большинства твердых сплавов является карбид вольфрама, наряду с ним используется карбид и карбонитрид титана и карбид тантала. В качестве связующего материала главным образом используется кобальт, а в ряде сплавов никель с молибденом.

Твердые сплавы изготовляют методами порошковой металлургии, смешивая порошки карбида и связующего металла, спрессовывая их в формы и спекая при температуре 1250–1500°С. Такой инструмент не подвергается термообработке, а лишь затачивается. Марки твердых сплавов регламентируются ГОСТ 3882–74. В марках твердых сплавов буквы обозначают: В – карбид вольфрама, Т – карбид титана, ТТ – карбиды титана и тантала, КНТ – карбонитрид титана, К – кобальт, Н – никель. Цифры после букв – содержание этих веществ в процентах.

Классификация твердосплавных материалов:

– вольфрамокобальтовые (ВК5, ВК9);

– титанокобальтовые (Т15К6);

– титанотанталокобальтовые (ТТ7К10) и др.

Твердые сплавы широко применяют для обработки материалов резанием, для оснащения горного инструмента, быстроизнашивающихся деталей машин, узлов штампов, инструмента для волочения, калибровки, прессования и т.д. Твердосплавный инструмент очень дорог, поэтому из него изготовляют лишь режущую или изнашиваемую часть инструмента.