Быстрорежущая сталь что изготавливают

Быстрорежущие инструментальные стали: качества, характеристики, маркировка

Такие материалы, как быстрорежущие стали, обладают уникальными свойствами, позволяющими использовать их для производства инструментов повышенной прочности. Свойства быстрорежущих сталей позволяют изготавливать инструмент различного назначения.

Фрезерные станки, метчики и развертки являются типовыми изделиями из высококачественной быстрорежущей стали. .

Технические характеристики быстрорежущих сталей

К категории быстрорежущих сталей относятся сплавы, химический состав которых дополнен рядом легирующих добавок. Благодаря этим добавкам стали приобретают свойства, позволяющие использовать их для производства режущих инструментов, способных эффективно работать на высоких скоростях. Что отличает быстрорежущие инструментальные стали от обычных углеродистых сплавов, так это то, что инструмент, изготовленный из них, может быть успешно использован для обработки твердых материалов на более высоких скоростях.

Фрезеруется из одной детали профессиональный гравировальный станок

Среди наиболее примечательных свойств, отличающих быстрорежущие стали разных марок, можно выделить следующие.

• Горячетвердость (твердость при нагреве). Как известно, любой инструмент, используемый для резки, сильно нагревается в процессе такой обработки. В результате нагрева обычные инструментальные стали закаляются, что в конечном итоге приводит к снижению твердости инструмента. Это не тот случай, если для производства использовалась быстрорежущая сталь, которая способна сохранять свою твердость даже при нагреве инструмента до 6000. Марки быстрорежущей стали, часто называемые быстрорежущими резцами, обычно быстрорежущие, имеют еще меньшую твердость по сравнению с обычными углеродистыми сталями, если температура резания в пределах нормы: до 2000.
• Более высокая твердость до красн. Этот параметр любого металла характеризует время, в течение которого изготовленный из него инструмент может выдерживать высокие температуры, не теряя своих первоначальных свойств. Быстрорежущие стали как материал для изготовления режущего инструмента не имеют аналогов по этому параметру.
• Устойчив к разрушению. Помимо способности выдерживать повышенные температуры, режущий инструмент должен также характеризоваться улучшенными механическими свойствами, что в полной мере демонстрируют быстрорежущие стали. Инструмент из этого вида стали, обладающий высокой прочностью, может успешно работать при больших глубинах резания (сверла) и больших подачах (фрезы, сверла и т. д.).

Характеристики и назначение быстрорежущих сталей

Расшифровка обозначений качества стали

Первоначально высокие изобрели англичане быстрорежущая сталь как материал для изготовления режущего инструмента. Так как инструмент из такой стали можно использовать для скоростной обработки металлов, этот материал получил название «быстрорежущая сталь» (слово «быстрая» здесь означает только быстрорежущая). Такое свойство этих сталей и придуманное им в свое время английское название стали причиной того, что обозначения всех качеств этого материала начинаются с буквы «Р». в категорию высокоскоростной резки стали строго регламентированы соответствующим ГОСТом, что значительно упрощает процесс их расшифровки.

Первая цифра после буквы Р в обозначении стали указывает на процентное содержание такого элемента, как вольфрам, во многом определяющего основные свойства этого материала. Помимо вольфрама, быстрорежущая сталь также содержит ванадий, молибден и кобальт, которые маркируются на этикетке буквами F, M и K. После каждой из этих букв на этикетке стоит цифра, обозначающая процентное содержание соответствующий элемент в химическом составе стали>

Пример расшифровки класса быстрорежущей стали

В зависимости от содержания тех или иных элементов в составе стали, а также их количества, все эти сплавы делятся на три основные категории. Определить, к какой категории относится сталь, достаточно легко, расшифровав ее марку.

Поэтому марки быстрорежущих сталей принято разделять на следующие категории:

• сплавы, содержащие до 10 % кобальта и до 22 % вольфрама; к таким сталям относятся легированные марки Р6М5Ф2К8, Р10М4Ф3К10 и др.;
• сталь, содержащая не более 5 % кобальта и не более 18 % вольфрама; указанные стали являются сплавами качества Р9К5, Р18Ф2К5, Р10Ф5К5 и др.;
• сплавы, в которых как кобальта, так и вольфрама содержится не более 16 %; к таким сплавам относятся стали Р9, Р18, Р12, Р6М5 и др.

Определение марки стали по искре

Как указано выше , свойства сталей, относящихся к быстрорежущей категории, в первую очередь определяются содержанием такого элемента, как вольфрам. Следует иметь в виду, что если быстрорежущий сплав содержит слишком много вольфрама, кобальта и ванадия, то из-за образования карбидных неоднородностей такой стали режущая кромка изготовленного из него инструмента может скалываться под воздействием механическое напряжение. Такие недостатки устраняют инструменты из сталей, содержащих в своем составе молибден. Лезвие таких инструментов не только не расщепляется, но и отличается тем, что имеет одинаковые значения твердости по всей своей длине.

Класс стали для изготовления инструмента, к которой предъявляются повышенные требования в связи с ее технологическими свойствами, – Р18. Благодаря мелкозернистой внутренней структуре эта сталь обладает отличной износостойкостью. Преимуществом использования стали этого качества является еще и то, что изделия из нее не перегреваются при закалке, чего нельзя сказать о быстрорежущих сплавах других марок. Из-за высокой стоимости инструментов из стали этой марки ее часто заменяют более дешевым сплавом Р9.

Технические характеристики стали Р18

Относительно невысокая цена стали Р9, а также ее разновидности Р9К5, которая во многом схожа с высокой -скоростного сплава Р18, что объясняется рядом недостатков этого материала. Наиболее существенным из них является то, что в отожженном состоянии указанный металл легко пластически деформируется. Между тем сталь Р18 тоже не лишена недостатков. Поэтому из этой стали не делают высокоточных инструментов, что объясняется тем, что изделия из нее плохо поддаются шлифовке. Хорошие показатели прочности и пластичности i в нагретом состоянии показывают инструменты из стали Р12, также близкой по свойствам к стали Р18.

Свойства стали Р9К5

Способы изготовления и обработки

Для производства инструмента из быстрорежущих сплавов используются две основные технологии:

• классический способ, заключающийся в заливке расплавленного металла в слитки, которые затем куются;
• способ порошковой металлургии, при котором расплавленный металл распыляют потоком азота.

Классическая технология, заключающаяся в ковке изделия из быстрорежущего сплава, предварительно отформованного в специальную форму, позволяет этому изделию иметь более высокие качественные характеристики.

Данная технология позволяет предотвратить образование карбидных выделений в готовом изделии, а также обеспечивает его предварительный отжиг и последующую закалку. Кроме того, данная технология производства предотвращает явление «нафталинового излома», что приводит к значительному увеличению хрупкости готового изделия из быстрорежущего сплава.

Закалку готовых инструментов из быстрорежущих сплавов проводят при температурах, способствующих лучшему растворению в них легирующих ингредиентов, но в то же время не приводящих к росту зерен их внутренней структуры . После закалки быстрорежущие сплавы с содержанием аустенита до 30 % имеют структуру, не лучшим образом сказывающуюся на теплопроводности материала и его твердости. Для снижения количества аустенита в структуре сплава до минимальных значений применяют две технологии:

• выполняют несколько циклов нагрева изделия, выдерживая его при определенной температуре, и охлаждения — многократную закалку ;
• Перед отпуском изделие охлаждают до достаточно низкой температуры: до -800 °С.

Повышение эксплуатационных характеристик изделий

Чтобы инструменты из быстрорежущих сплавов обладали высокой твердостью, износостойкостью и коррозионной стойкостью, их поверхность должна подвергаться обработке, методами которой включая следующее.

• Насыщение поверхностного слоя изделия азотом — азотирование. Эту обработку можно проводить в газовой среде, состоящей из азота (80%) и аммиака (20%), или полностью в аммиачной среде. Время выполнения такой технологической операции от 10 до 40 минут, температура при ее выполнении от 550 до 6600. Использование газовой среды, содержащей азот и аммиак, позволяет создать менее хрупкий поверхностный слой
• Насыщение поверхностного слоя изделия углеродом и азотом — цианирование, которое проводят на расплаве цианида натрия или других солей с тем же анионом. В зависимости от назначения детали цианирование может осуществляться при высоких, средних и низких температурах. Чем выше температура и время пребывания компонента в расплаве, тем больше толщина образующегося слоя.
• Сульфатирование, происходящее в жидких сульфидных расплавах с добавлением соединений серы. Такую процедуру проводят от 45 до 180 минут, при этом температура расплава должна быть от 450 до 5600 °С.

Инструменты из высокоскоростного сплавы также проходят обработку паром, улучшающую свойства их поверхностного слоя. Следует учитывать, что все вышеперечисленные операции выполняются уже заточенным, заточенным и термически обработанным инструментом.

Источник

Быстрая резка: Быстрорежущая сталь

Выражение » Быстрорежущая сталь «часто слышно в эти дни. что такое? По сути, это специальные сплавы, предназначенные для производства металлорежущих инструментов, работающих на высоких скоростях. Характеристики такого металла должны заключаться в высокой прочности, износостойкости и устойчивости к температурным перепадам.

HSS пусто.

Технические характеристики быстрорежущих сталей

Быстрорежущие сплавы появились относительно недавно. До их открытия обычные стальные фрезы применялись для токарной обработки дерева или изделий из цветного металла, что вызывало определенные трудности. Они имели очень короткий срок службы из-за быстрого износа и сильно нагревались, что делало невозможным работу на высоких оборотах.

Задача была решена в 1858 г. после получения сплава, в котором в качестве основных легирующих элементов использовались вольфрам и марганец. В течение последующих десятилетий методом многочисленных экспериментов были получены различные виды сверхтвердых металлов, что позволило значительно повысить быстродействие и производительность станков.

К категории быстрорежущих сталей относится большая группа сплавов, содержащих легирующие элементы, позволяющие добиться стойкости к износу и сильному нагреву. От обычных углеродистых сплавов их отличает высокий показатель прочности, что позволяет использовать изготовленные из них инструменты для обработки твердых материалов.

Быстрорежущий нож.

Быстрорежущие стали обладают рядом примечательных свойств , отличающих их от других марок стали, включая следующие:

1. Сохранение твердости при высоких температурах так называемая горячая твердость. Любой предмет нагревается при трении. Температура режущего инструмента, работающего на высоких скоростях, очень быстро повышается до высоких значений. Обычные стали при таком нагреве подвергаются отпуску, из-за чего теряют свои рабочие свойства. Быстрорежущая сталь таким процессам не подвергается, ведь ее состав позволяет выдерживать температуры до 6000 градусов Цельсия без потери прочности.
2. Высокая красная твердость — параметр сплава, характеризуемый временем, в течение которого он способен работать при высоких температурах без потери своих первоначальных свойств.
3. Устойчив к деструктивным процессам . Помимо высокой термостойкости, быстрорежущие фрезы должны иметь более высокие механические характеристики по сравнению с обычными металлами. Инструменты из таких сплавов не крошятся и не ломаются даже под высоким давлением, поэтому их активно используют для изготовления сверл и фрез.

Расшифровка обозначения марок стали

Британские специалисты впервые изобрели быстрорежущую сталь. Поскольку инструменты из этого материала позволяли работать на высоких скоростях, такие сплавы назывались «быстрорежущей сталью» (имеется в виду быстрорежущая сталь по-русски). Это название, придуманное в Англии, стало причиной того, что все скоростные классы теперь обозначаются буквой «Р».

Помимо вольфрама быстрорежущие фрезы характеризуются наличием таких компонентов, как кобальт, ванадий и молибден, обозначаемых на этикетке соответствующими буквами: К, Ф и М. После каждой буквы следует число, указывающее процентное содержание общего химического состава. Как видите, человек, немного разбирающийся в сталях, может дать всю основную информацию о сплаве, несмотря на описание.

Методы производства и обработки

Инструменты из быстрорежущей стали производятся с использованием двух основных технологий:

1. Классический метод , который включает горячее литье. металла в специальные формы и дальнейшую его обработку и закалку.
2. Метод порошковой металлургии : Расплавленная сталь измельчается в потоке азота, а затем снова плавится.

Порошковая металлургия более сложна, чем традиционная. Производственный процесс заключается в получении стального порошка, который выдувается в специальную форму и уже сплавляется в ней. Это предотвращает сегрегацию карбидов и делает структуру стали более однородной и стабильной, что положительно сказывается на всех рабочих свойствах.

Так плавится сталь.

Порошковый метод имеет ряд преимуществ , позволяющих заменить более дорогие виды обработки, такие как литье, штамповка и ковка:

• экономичность : даже отходы, например окалина, могут служить сырьем для производства пыли; к тому же этот метод требует меньших финансовых затрат по сравнению с классическим методом;
• Получение более точных форм изделий : Детали, созданные этим методом, не требуют дополнительной механической обработки;
• высокая износостойкость .

За производственным процессом обязательно следует процесс закалки . Закалку быстрорежущих инструментов проводят при температурах, способствующих наиболее благоприятному разложению в них легирующих компонентов, но в то же время росту зерен в молекулярной сетке. Структура быстрорежущих сплавов после закалки характеризуется содержанием до 30 % аустенита, что отрицательно сказывается на всех эксплуатационных параметрах. Для минимизации негативного влияния аустенита применяют две различные технологии:

• несколько циклов нагрева, поддержание постоянной температуры и последующее охлаждение, так называемый многократный отпуск;
• Перед отпуском деталь подвергается закалке при очень низких температурах.

Повышение эксплуатационных характеристик изделия

К инструментам, изготовленным из быстрорежущих резцов, предъявляются высокие требования, и для полного контроля над ними их поверхность подвергают обработке. Этого можно добиться несколькими способами, в том числе:

1. Поверхностный слой компонента азотируется. Эту обработку можно проводить в газовой среде, состоящей из 80% азота и 20% аммиака или 100% аммиака. Процесс длится от От 10 до 40 минут при температуре от 550 до 6600 градусов. Эта операция делает верхний слой менее хрупким.
2. Поверхность насыщается углеродом и азотом, что известно как цианирование , которое происходит, когда деталь погружают в расплавленный цианид натрия. В зависимости от конечного назначения детали цианирование проводят при разных температурах. Чем дольше и выше температура, тем толще слой.
3. Сульфирование : осуществляется плавлением жидкого сульфида с добавлением серы. Этот процесс осуществляется от 45 минут до 3 часов при температуре от 450 до 5600 градусов Цельсия

Все вышеперечисленные процедуры проводятся с готовым инструментом: режущая часть затачивается, поверхность отшлифована и закалена.

Нож из быстрорежущей стали.

Расшифровка: что означают символы маркировки

Уже было описано, какие данные можно получить из названия любой марки быстрорезных фрез. Для наглядности рассмотрим расшифровку широко применяемой быстрорежущей стали Р9Ф5:

• Р — расшифровка, обозначение быстрорежущих сплавов, от англ. высокая скорость;
• 9 – процентное содержание вольфрама в сплаве;
• Ф – указывает на наличие в стали ванадия;
• 5 – процентное содержание ванадия.

Если далее анализировать аббревиатуру R9F5, то в ее расшифровке могут быть дополнительные буквы. Например, если металл получен электрошлаковым переплавом, появится другая буква — «Ш».

Импортные аналоги быстрорежущих фрез маркируются следующим знаком: HSS, что означает быстрорежущая сталь, в переводе на русский язык — быстрорежущая сталь:

• Германия — 1,3343;
• Япония — S600/S601;
• США — М2.

Сталь с маркировкой Р9Ф5.

ГОСТ и ТУ

Требования к производству, технические свойства, процесс термической обработки и элементный состав быстрорежущих сталей регламентируются специальными ГОСТами. Существует большое количество нормативных документов, поскольку на каждый вид продукции имеется свой стандарт:

• ТУ 14-11-245-88 — высокоточные холодногнутые профили;
• ГОСТ 1133-7 — круги или квадраты кованые различные;
• ГОСТ 2590-88 — Колеса горячекатаные;
• ГОСТ 7417-75 — пруток калиброванный;
• ГОСТ 14955-77 — колеса со специальной обработкой поверхности .

Эти стандарты используются практически во всех отраслях промышленности России.

Трудности при закалке быстрорежущей стали

Термическая обработка быстрорежущих резцов имеет ряд трудностей, связанных с особенностями применения и требованиями. Например, термической обработке Р6М5 препятствуют обезуглероживающие свойства этого сплава (упрочнение занимает четверть времени по сравнению с аналогичными сплавами Р18 и Р12). Температура закалки этого металла составляет 1230 градусов. Сначала делается отпуск на 200 и 300 градусов с почасовой экспозицией. Постобработка производится в 3 этапа:

• 3 минуты — 690 градусов;
• 3 минуты — 680 градусов;
• 1,5 минуты — 1230 градусов.

Затем сталь охлаждают в соленой воде, масле и воздухе. Последующая обработка включает в себя три отпуска с 90-минутной выдержкой при равномерной температуре 560 градусов. На стадиях закалки сплав обогащают легирующими добавками.

Продукция, нашедшая место в быту и работе

Благодаря своим положительным свойствам быстрорежущая сталь активно используется в производстве ножей . Такие режущие инструменты обладают всеми необходимыми свойствами. Благодаря высокой стойкости поверхности к внешним нагрузкам без проблем режут толстые канаты, дерево, кости и т.д. Он может обрабатывать стальной лист толщиной в несколько миллиметров.

Высокоскоростные фрезы широко используются в промышленности. Самый яркий пример – производство сверл различного назначения: от дерева до тяжелых металлов. Из них также изготавливают следующие детали промышленных механизмов:

• пильные полотна;
• утопленный;
• Буры;
• концевые фрезы;
• крон.

Как шлифовать HSS

Даже HSS подвержена износу и притуплению, несмотря на его впечатляющие прочностные характеристики. Если учесть сведения о применении и свойствах этих сплавов, то можно с уверенностью сказать, что их заточка электрокорундовыми шлифовальными кругами не пройдет: поверхность после такой обработки остается шероховатой, а режущие свойства не улучшаются. Так что же говорить о ручной фокусировке?

Наиболее правильным вариантом будет сдать изделие для заточки в специализированную мастерскую , имеющую шлифовальные круги из КНБ. Иметь такие машины в гараже — непозволительная роскошь и просто не рекомендуется. Лучше не пытаться точить в гараже, так как есть вероятность повредить инструмент до такой степени, что он не вернется в исходное состояние.

Стоимость металла в изделиях

Рассмотрим стоимость металла на примере одного из самых популярных на отечественном рынке скоростных резцов — Р6М5. Купить готовые изделия не составит труда, они есть везде, но стоимость стали довольно высока. Ниже представлен примерный прайс-лист.

В зависимости от толщины листа круг инструмента будет стоить соответственно:

• 2 мм — 1350 руб/кг;
• 4 мм — 1200 руб/кг;
• 16 мм — 600 руб/кг.

Указанные выше цены являются относительными средними. Они могут варьироваться в зависимости от многих факторов: местоположения, экономической ситуации и т. д. Высокая цена на быстрорежущие металлы делает их популярными для сбыта металлолома. Стоимость этих вторичных продуктов намного выше, чем у обычных сплавов.

Источник

Видео-гайд: Быстрорежущая сталь что изготавливают

---