Быстрорежущие стали нормальной теплостойкости

К быстрорежущим сталям нормальной теплостойкости относят вольфрамовые стали Р12, Р9 и вольфрамомолибденовые стали Р6М3, Р6М5. Они рекомендуются для обработки наиболее распространенных конструкционных материалов с σ_В<1гПа.

Теплостойкость стали будет тем выше, чем больше карбидов легирующих элементов растворяется в аустените при нагреве под закалку. Но растворимость карбидов ограничена. В частности установлено, что при максимально допустимой температуре в аустените растворяется выше 12 % (по весу) карбидов вольфрама FeWC, что соответствует растворению около 7 % вольфрама (W) и 0,4 % углерода (C). Остальное количество углерода находится в стали в виде избыточной карбидной фазы. Поэтому состав твёрдого раствора у сталей Р18 и Р9 примерно одинаков. Отсюда следует, что теплостойкость быстрорежущих сталей Р18 и Р9 также будет примерно одинаковой, что и подтверждается практикой: при работе в зоне высоких скоростей резания, когда решающим фактором является теплостойкость, стали марок Р9 и Р18 обеспечивают примерно одинаковую стойкость.

Холодная износостойкость стали Р18 выше, чем стали Р9. Это объясняет содержание в стали Р18 избыточных карбидов (около 18 %) по сравнению с Р9 (около 7 %). Поэтому в условиях сравнительно низких скоростей, например, при протягивании, более высокую стойкость обеспечивает инструмент из стали Р18.

Разница в количественном и качественном составе избыточных фаз создает различия и в технологических свойствах этих сталей. Повышенное содержание карбидной фазы в стали Р9 приводит к тому, что эта сталь хуже шлифуется, имеет склонность к прижогам при шлифовальных и заточных операциях. В то же время сталь с меньшим количеством карбидов лучше обрабатывается в горячем состоянии, отличается меньшей карбидной неоднородностью. Интервал закалочных температур у стали Р9 больше, чем у стали Р18.

Сталь Р18 наиболее универсальна из всех инструментальных быстрорежущих сталей. Хорошая шлифуемость, большой интервал закалочных температур, малая чувствительность к перегреву обеспечивают большую стабильность режущих свойств инструмента, изготовленного из стали Р18. Однако применение этой стали для изготовления режущего инструмента непрерывно сокращается. Это связано с постоянно увеличивающимся дефицитом вольфрама.

Сталь Р12 по своим режущим свойствам близка к стали Р18, но экономичнее и использовать ее логичнее, чем сталь Р9. Сталь Р12 обладает повышенной пластичностью в нагретом состоянии, и поэтому ее применение особенно эффективно при изготовлении инструментов методом пластической деформации.

В настоящее время наиболее распространенной в мировой практике и наиболее универсальной является сталь типа Р6М5. По своему назначению эта сталь относится к группе сталей нормальной теплостойкости, по своему химическому составу – к группе вольфрамомолибденовых быстрорежущих сталей. Широкое внедрение стали Р6М5 в промышленность отражает тенденцию замены вольфрамовых инструментальных сталей вольфрамомолибденовыми и молибденовыми сталями. Эта тенденция сводится к замене вольфрама молибденом, который начинает играть роль одного из основных легирующих элементов.

Молибден и вольфрам образуют однотипные карбиды МоС, WС. Атомный вес вольфрама равен 184, молибдена – 96. Поэтому в быстрорежущую сталь можно вводить молибдена в два раза меньше, чем вольфрама. С уменьшением содержания вольфрама в сталях и с увеличением содержания молибдена уменьшается карбидная неоднородность, увеличивается ударная вязкость, возрастает сопротивление стали переменным нагрузкам и повышается проч­ность.

Например, сталь Р6М5 обладает на 30-50 % более высокой ударной вязкостью по сравнению со сталью Р18, а также значительно меньшей карбидной неоднородностью, большей пластичностью в горячем состоянии. Повышение прочности и вязкости стали при введении молибдена объясняется тем, что молибден препятствует выделению карбидов по границам зерен, которые являются местом зарождения и происхождения трещин при разрушении сталей. Увеличение теплопроводности сталей с добавками молибдена снижает температуру контактных поверхностей режущего инструмента, что способствует повышению стойкости инструмента. Сталь Р6М5 является наиболее целесообразной для инструментов, которые в силу своих конструктивных особенностей обладают пониженной прочностью (метчики, сверла и т.п.) или работают в условиях недостаточно жесткой системы СПИД (станок – приспособление – инструмент – деталь).

Недостатками вольфрамомолибденовых сталей, в том числе и стали Р6М5 являются: большая склонность к обезуглероживанию, окислению и перегреву, меньшая стабильность свойств. Для вольфрамомолибденовых сталей интервал закалочных температур такой же, как и для вольфрамовых сталей. Поэтому заводы и фирмы, отличающиеся недостаточно высокой культурой термообработки, испытывают трудности при изготовлении некоторых видов инструментов и не достигают уровня стойкости инструмента и производительности обработки, который достигает инструмент из сталей типа Р18.

Высокая теплостойкость и твердость достигаются при содержании С в пределах 12-13 %, причем эти свойства не меняются, если заменить вольфрам молибденом в соотношении 1,5:1. Однако при такой замене содержание молибдена в стали не должно превышать 3 %.

На основе этих соображений разработана сталь Р8М3, ее теплостойкость, прочность и вязкость ниже, чем у стали Р6М5. При повышенных температурах, характерных для обработки резанием, механические свойства этих сталей одинаковы. Но для стали Р8М3 (а также 10Р8М3) характерна меньшая склонность к обезуглероживанию и к перегреву, что облегчает их термическую обработку и позволяет получать большую стабильность режущих свойств. Сталь Р8М3 рекомендуется для тех же условий резания, что и сталь Р6М5.

При применении вольфрамомолибденовых сталей необходимо учитывать следующее:

1. Наиболее распространенная в мировой практике быстрорежущая сталь Р6М5 не может рассматриваться как «заменитель» стали Р18. По своим режущим механическим свойствам при правильной термообработке эта сталь не только не уступает, но в ряде случае ее превосходит, так как обладает более высокой ударной вязкостью и структурной неоднородностью.

2. Сталь марки Р6М5 обладает более узким интервалом закалочных температур, она не столь универсальна и терпелива к различным нарушениям в технологии термообработки и шлифования (заточки) режущего инструмента. Повышенные отклонения от номинала в процентном содержании легирующих элементов в стали Р6М5 требуют введения поправок с последующей корректировкой условий термообработки инструмента по результатам этого контроля.

3. На свойства сталей существенно влияет технология их металлургического передела, а на свойства, инструмента - правильная термообработка и проведение шлифовально-заточных операций. Поэтому один и тот же химический состав вольфрамомолибденовыхсталей, поставляемых различными фирмами и заводами, не гарантирует получение инструмента с хорошими режущими свойствами. Это положение усугубляется с усложнением композиции быстрорежущих сталей и степени их легированности ванадием и кобальтом.