Termokings.ru

Домашний Мастер
2 просмотров
Рейтинг статьи
1 звезда2 звезды3 звезды4 звезды5 звезд
Загрузка...

Быстрорежущая сталь Р18: характеристика и область применения

Быстрорежущая сталь Р18: характеристика и область применения

Сплав Р18 относится к категории инструментальных быстрорежущих сталей. Калиброванные прутки Р18 еще называют серебрянкой. Характеризуется содержанием ванадия менее 2%. Хорошо подвергается обработке сваркой и шлифовке. Материал применяется для изготовления инструмента для металлорежущих станков: фрезы, сверла, резцы, протяжки, шеверы, долбяки и прочие. Высокие эксплуатационные характеристики инструменту придают карбидообразующие элементы, вводимые в сплав в качестве легирующих элементов.

  • Р18, расшифровка маркировки стали
  • Характеристики и применение
    • Свойства материала
  • Область применения

Из быстрорежущей стали изготавливаются инструменты, работающие с большой производительностью и сопротивлением. При этом сохраняют свои режущие свойства при нагреве до 700 °C.

Особенности использования стали Р18 при резании

Использование стали в механической обработке металла позволило увеличить скорость, например, точения в 2 — 4 раза.

Р18 используют для изготовления режущего инструмента, который работает при значительных силовых нагрузках и нагрева режущей кромки.

Резцы, фрезы и сверла изготовленные из этой инструментальной стали обладают стабильными свойствами — это особенно важно при организации гибких автоматизированных производств.

Качество реза, выполняемого резцом из стали марки Р18 обеспечивает наличие в составе таких легирующих компонентов, как вольфрам, кобальт и некоторые другие.

Для заточки инструмента можно использовать обыкновенные наждаки, но для этого необходимо устранить биение кругов.

Где применяется?

Металл широко распространен при создании лезвийного режущего инструмента, предназначенного для мехобработки материалов на основе железа и углерода с разной степенью твердости. К ним относятся жаростойкие и нержавеющие стали, твердость которых достигает HRC70. Использование стали Р18 обеспечивает увеличение скорости обработки, исключает пластические деформации и изменение характеристик в результате нагрева.

Повышение технических параметров материала обеспечивается за счет термической обработки. Одним из способов является закалка, которая осуществляется при температуре 1300 градусов. За счет присутствия в составе кобальта происходит рост температуры, при которой изменяется внутренняя структура карбидов, основным из которых является Fe3W3C. Во время закалки большая часть данного вещества превращается в твердый мартенсит или аустенит.

Низкий отпуск быстрорежущей стали Р18 при t = 550-560 градусов позволяет получить мелкозернистую структуру. Это обусловлено разложением остаточной аустенитной формы и образованием дисперсных карбидных соединений.

Чередование режимов термообработки позволяет исключить риск трещинообразования. При этом чаще всего используют порядок:

  • нагрев до 500 градусов;
  • повышение температуры до 850 градусов;
  • установка температуры на 1300 градусов на протяжении определенного количества времени в зависимости от толщины элемента (1-30 мм, 15 секунд на каждый миллиметр).

После этого осуществляется ступенчатый отпуск, что обеспечивает полное преобразование остаточной аустенитной структуры стали Р18.

Устойчивость к коррозии и износу обеспечивается за счет дополнительной обработки режущей части. Для этого может применяться один из методов:

  • пропарка;
  • покрытие сульфидами;
  • цианирование для увеличения вязкости;
  • азотирование для снижения хрупкости.

Они осуществляются после термообработки, заточки и шлифования, что гарантирует повышение прочности.

Сталь Р6М5 характеристики

Основные свойства металла подобной марки – это: повышенная вязкость, хороший уровень сопротивления износу, приемлемая степень шлифуемости. Также следует учитывать факт, что подобная сталь обладает повышенной склонностью к обезуглероживанию. Как результат, металл этой марки применяется при производстве практически всех видов режущего инструмента, используемого под обработку углеродистых легированных конструкционных сталей. В частности металл Р6М5 востребован для дробеструйной обработки. Он используется при изготовлении резьбонарезного инструмента или оснастки, работающей с ударными нагрузками.

В химический состав стали Р6М5 входят, кроме вышеперечисленных углерода и молибдена, такие элементы:

  • кобальт;
  • хром;
  • медь;
  • марганец;
  • никель;
  • фосфор;
  • сера;
  • кремний;
  • ванадий;
  • вольфрам.

Сталь вольфрамово-молибденовой серии, таково альтернативное наименование марки быстрорежущего металла Р6М5, способна сохранять присущие ей свойства при высоких температурах. Как пример, можно привести тот факт, что после термообработки твердость металла остается такой же, как у Р18. Более того, его прочность на изгиб достигает 4700 МПа. Превышает сталь Р6М5 марку Р18 и по таким характеристикам, как ударная вязкость или термопластичность. При этом в количественном отношении превосходство составляет 50%.

Перечисленные свойства стали этой марки обусловили ее промышленное применение, как металла, используемого для резки в условиях повышенных температур. Еще одна отличительная особенность стали Р6М5 – этот металл прекрасно держит заточку. В частности предпочтительнее использовать для этих целей быстрорез, чем нержавейку. К тому же сталь Р6М5 прекрасно справляется с ударными нагрузками, что делает ее востребованной в производстве сверл, развертки и кранов.

Читать еще:  Что это — метод Роквелла? Метод определения твердости

Улучшение характеристики изделий

Чтобы инструменты, изготовленные из быстрорежущих сплавов, обладали высокой твердостью, износостойкостью и коррозионной устойчивостью, их поверхность необходимо подвергнуть обработке, к методам выполнения которой относятся следующие.

  • Насыщение поверхностного слоя изделия азотом — азотирование. Проводиться такая обработка может в газовой среде, состоящей из азота (80%) и аммиака (20%), либо полностью в аммиачной среде. Время выполнения подобной технологической операции — 10–40 минут, температура, при которой она осуществляется — 550–6600. Использование газовой среды, содержащей азот и аммиак, позволяет сформировать менее хрупкий поверхностный слой.
  • Насыщение поверхностного слоя изделия углеродом и азотом — цианирование, которое осуществляется в расплаве цианида натрия или других солей с этим же анионом. В зависимости от назначения детали цианирование может быть высоко-, средне- и низкотемпературным. Чем выше температура и время выдержки детали в расплаве, тем больше толщина получаемого слоя.
  • Сульфидирование, которое выполняется в жидких расплавах сульфидов, куда добавляются соединения серы. Проводится такая процедура на протяжении 45–180 минут, при этом температура расплава должна составлять 450–5600.

Инструменты, изготовленные из быстрорежущих сплавов, также подвергают обработке паром, что позволяет улучшить характеристики их поверхностного слоя. Следует иметь в виду, что все вышеперечисленные операции выполняются с инструментом, режущая часть которого уже заточена, отшлифована и подвергнута термической обработке.

Быстрорежущие стали

Статья подготовлена для публикации в Википедии

Подробнее см. Учебник А.П.Гуляева Металловедение.

Быстрорежущие стали предназначены для изготовления режущего инструмента, работающего при высоких скоростях резання.

Быстрорежущая сталь должна обладать высоким сопротивлением разрушению, твердостью (в холодном состоянии и горячей) и красностойкостью.

Высоким сопротивлением разрушению и твердостью в холодном состоянии обладают и углеродистые инструментальные стали. Однако инструмент из них не в состоянии обеспечить высокоскоростные режимы резания. Легирование быстрорежущих сталей вольфрамом, молибденом, ванадием и кобальтом обеспечивает горячую твердость и красностойкость стали.

Характеристики быстрорежущих сталей

Горячая твердость

Рис. 1. Твердость инструментальных сталей при повышенных температурах

На рис. 1 приведены кривые, характеризующие твердость углеродистой и быстрорежущей инструментальных сталей при повышенных температурах испытаний. При нормальной температуре твердость углеродистой стали даже несколько выше твердости быстрорежущей стали. Однако, в процессе работы режущего инструмента, происходит интенсивное выделение тепла. При этом до 80 % выделившегося тепла уходит на разогрев инструмента. Вследствие повышения температуры режущей кромки начинается отпуск материала инструмента и снижается его твердость.

После нагрева до 200 °С твердость углеродистой стали начинает быстро падать. Для этой стали недопустим режим резания, при котором инструмент нагревался бы выше 200 °С. У быстрорежущей стали высокая твердость сохраняется при нагреве до 500 ÷ 600 °С. Инструмент из быстрорежущей стали более производителен, чем инструмент из углеродистой стали.

Красностойкость

Если горячая твердость характеризует то, какую температуру сталь может выдержать, то красностойкость характеризует, сколько времени сталь будет выдерживать такую температуру. Т.е. насколько длительное время закаленная и отпущенная сталь будет сопротивляться разупрочнению при разогреве.

Существует несколько характеристик красностойкости. Приведем две из них.

Первая характеристика показывает, какую твердость будет иметь сталь после отпуска при определенной температуре в течение заданного времени (см. Таблицу 1).

Характеристики теплостойкости углеродистых и красностойкости быстрорежущих инструментальных сталей [2]

Второй способ охарактеризовать красностойкость основан на том, что интенсивность снижении горячей твердости можно измерить не только при высокой температуре, но и при комнатной так как кривые снижения твердости при высокой температуре и комнатной идут эквидистантно, а измерить твердость при комнатной температуре, разумеется, гораздо проще, чем при высокой. Опытами установлено, что режущие свойства теряются при твердости 50 HRC при температуре резання, что соответствует примерно 58 HRC при комнатной. Отсюда красностойкость характеризуется температурой отпуска, при которой за 4 часа твердость снижается до 58 HRC (обозначение K 4 р58).

Сопротивление разрушению

Кроме «горячих» свойств от материала для режущего инструмента требуются и высокие механические свойства; под этим подразумевается сопротивление хрупкому разрушению, так как при высокой твердости (> 60 HRC) разрушение всегда происходит по хрупкому механизму. Прочность таких высокотвердых материалов обычно определяют как сопротивление разрушению при изгибе призматических, не надрезанных образцов, при статическом (медленном) и динамическом (быстром) нагружении. Чем выше прочность, тем большее усилие может выдержать рабочая часть инструмента, тем большую подачу и глубину резания можно применить, и это увеличивает производительность процесса резания.

Читать еще:  Способы быстрой очистки бронзовых изделий от налета

Принципы легирования быстрорежущих сталей

Высокая твердость мартенсита объясняется растворением углерода в α-железе. Известно, что при отпуске из мартенсита в углеродистой стали выделяются мельчайшие частицы карбида. Пока выделившиеся карбиды еще находятся в мельчайшем дисперсном рассеянии (т.е. на первой стадии выделения при отпуске до 200 °С), твердость заметно не снижается. Но если температуру отпуска поднять выше 200 °С, происходит рост карбидных выделений, и твердость падает.

Чтобы сталь устойчиво сохраняла твердость при нагреве, нужно ее легировать такими элементами, которые затрудняли бы процесс коагуляции карбидов. Если ввести в сталь какой-нибудь карбидообразующий элемент в таком количестве, что он образует специальный карбид, то красностойкость скачкообразно возрастает. Это обусловлено тем, что специальный карбид выделяется из мартенсита и коагулирует при более высоких температурах, чем карбид железа, так как для этого требуется не только диффузия углерода, но и диффузия легирующих элементов. Практически заметная коагуляция специальных карбидов хрома, вольфрама, молибдена, ванадия происходит при температурах выше 500 °С.

Таким образом, красностойкость создается легированием стали карбидообразующими элементами (вольфрамом, молибденом, хромом, ванадием) в таком количестве, при котором они связывают почти весь углерод в специальные карбиды и эти карбиды переходят в раствор при закалке. Несмотря на сильное различие в общем химическом составе, состав твердого раствора очень близок во всех сталях, атомная сумма W+Mo+V, определяющая красностойкость, равна примерно 4 % (атомн.), отсюда красностойкости и режущие свойства у разных марок быстрорежущих сталей близки. Быстрорежущая сталь, содержащая кобальт, превосходит по режущим свойствам остальные стали (он повышает красностойкость), но кобальт очень дорогой элемент.

Маркировка быстрорежущих сталей

Все быстрорежущие стали обозначаются первой буквой Р (рапид — скорость), следующая цифра содержание вольфрама (буква В пропускается), затем указывается после букв М, Ф и К содержание молибдена, ванадия и кобальта.

Из истории создания и развития быстрорежущих сталей

Для обточки деталей из дерева, цветных металлов, мягкой стали резцы из обычной твердой стали были вполне пригодны, но при обработке стальных деталей резец быстро разогревался, скоро изнашивался и деталь нельзя было обтачивать со скоростью больше 5 м/мин.

Барьер этот удалось преодолеть после того, как в 1858 г. Мюшетт получил сталь, содержащую 1,85 % углерода, 9 % вольфрама и 2,5 % марганца [3, стр. 28 — 29]. Спустя десять лет Мюшетт изготовил новую сталь, получившую название самокалки. Она содержала 2,15 % углерода, 0,38 % марганца, 5,44 % вольфрама и 0,4 % хрома. Через три года на заводе Самуэля Осберна в Шеффилде началось производство мюшеттовой стали. Она не теряла режущей способности при нагревании до 300° С и позволяла в полтора раза увеличить скорость резания металла — 7,5 м/мин.

Спустя сорок лет на рынке появилась быстрорежущая сталь американских инженеров Тэйлора и Уатта. Резцы из этой стали допускали скорость резания до 18 м/мин. Эта сталь стала прообразом современной быстрорежущей стали Р18.

Еще через 5 — 6 лет появилась, сверхбыстрорежущая сталь, допускающая скорость резания до 35 м/мин. Так, благодаря вольфраму было достигнуто повышение скорости резания за 50 лет в семь раз и, следовательно, во столько же раз повысилась производительность металлорежущих станков.

Дальнейшее успешное использование вольфрама нашло себе применение в создании твердых сплавов, которые состоят из вольфрама, хрома, кобальта. Были созданы такие сплавы для резцов, как стеллит. Первый стеллит позволял повысить скорость резания до 45 м/мин при температуре 700 — 750° С. Сплав видиа, выпущенный Круппом в 1927 г., имел твердость по шкале Мооса 9,7 — 9,9 (у алмаза по этой шкале твердость 10).

В 70-х годах XX века, в связи с дефицитом вольфрама, быстрорежущая сталь марки Р18 была почти повсеместно заменена на сталь марки Р6М5, которую в свою очередь пытаются заменить безвольфрамовыми Р0М5Ф1 и Р0М2Ф3 [1].

Химический состав некоторых быстрорежущих сталей, %

Марка сталиCCrWMoVCoР0М2Ф31,10 ÷ 1,253,8 ÷ 4,6—2,3 ÷ 2,92,6 ÷ 3,3—Р6М50,82 ÷ 0,903,8 ÷ 4,45,5 ÷ 6,54,8 ÷ 5,31,7 ÷ 2,1: Учебник А.П.Гуляева Металловедение.

    См. также:
  • Быстрорежущие стали — глава из учебника А.П.Гуляева «Металловедение»
  • Спутники железа — глава из книги Н.А.Мезенина «Занимательно о железе»
Читать еще:  Производство профнастила: промышленная линия и ручной способ

Использована публикация:
Гуляев А.П. Металловедение. Учебник для втузов. 6-е изд., перераб. и доп. М.: Металлургия, 1986. 544 с.
стр. 360 — 369.

Web-сайт “Термист” (termist.com)
Термомеханическое упрочнение арматурного проката

Отсутствие ссылки на использованный материал является нарушением заповеди «Не укради»

Выбирая хороший нож, вы наверняка увидите модели, выполненные из стали марок Р18 и Р6М5. Решить точно, какой вариант лучше, сложно, так как они обладают схожими характеристиками. Тем не менее, есть ряд отличий, обусловленный составом сплавов. В Р18 содержится 17-18,5% вольфрама, а в Р6М5 – всего 5-6,5%. Карбиды вольфрама делает сплав более стойким к износу, следовательно, продляют срок службы изделий, выполненных из него. Ножи из стали Р18 считаются более долговечными.

Полосы стали Р6М5.

Ещё одно достоинство ножей из сплава Р18 – простота шлифовки. Ножи из такого металла легче поддаются заточке, имеют большую остроту кромки. Лезвие, выполненное из стали Р6М5 долгое время сохраняет остроту, но заточить их самостоятельно, в бытовых условиях, очень сложно.

Изготовление стали

Изготовление и обработка быстрорежущих сталей происходит с использованием двух разных технологий:

  • порошковой металлургии, которая предусматривает распыление азотом струи жидкого метала;
  • классический метод, суть которого заключается в разливке жидкой стали по слиткам, с последующей прокаткой и проковкой. Этот способ применяется наиболее часто, так как позволяет избежать неоднородного распределения карбидов в структуре стали (карбидная ликвация), а последующая закалка быстрорежущей стали позволяет улучшить ее твердость и прочность.

На качество материала значительно влияет такой процесс, как проковка.

Поверхность материала с целью более долгой эксплуатации изделия дополнительно обрабатывается. Существуют следующие методики ее обработки:

  1. Азотирование. Этот процесс может быть газовым и аммиачным. Все происходит при высокой температуре. Стоит заметить, что более надежное изделие получается при использовании первого способа азотирования.
  2. Цианирование. Может быть газовым или жидким. Процесс цианирования газом длится около 1,5-3 часа, жидкостью – 5-30 минут;
  3. Сульфидирование. Происходит с использованием специальных жидких расплавов. Процесс длится от 45 минут до 2,5 часов при температуре 450 до 550°С

Для лучшей прочности инструменты, изготовленные с быстрорежущей стали, дополнительно обрабатывают паром в специальных герметичных печах.

Краткий исторический обзор получения материалов для изготовления режущих инструментов

Основоположниками учения о резании металлов считают выдающихся русских ученых И. А. Тиме (1838—1920), К. А. Зворыкина (1861 — 1928), Я. Г. Усачева (1873—1941).

Работы этих ученых получили мировое признание и до сих пор не утратили своей ценности.

В 1868 г. профессор Петербургского горного института И. А. Тиме подробно исследовал процесс резания различных металлов. Он впервые объяснил, как происходит процесс образования стружки, и дал классификацию стружек, получающихся при резании металлов в различных условиях. И. А. Тиме определил пути дальнейшего развития учения о резании металлов. Он также первый в мире теоретически вывел формулы для определения силы резания и объяснил явление усадки стружки.

Крупный вклад в области резания металлов сделал профессор К. А. Зворыкин. В 1893 г. им впервые был создан прибор для определения силы резания. Он первый дал схему сил, действующих на резец, и теоретически вывел наиболее точную для своего времени формулу для определения силы резания.

Мировую известность получили также работы старшего мастера Петербургского политехнического института Я. Г. Усачева. Применив микроскоп, он впервые в 1912 г. произвел глубокое исследование процесса образования стружки и наметил новое направление в науке о резании металлов — изучение физических явлений процесса резания. Я. Г. Усачев установил явление наклепа, объяснил процесс образования нароста, разработал метод определения температуры резца и др.

Достойными продолжателями русских ученых дореволюционного периода являются наши ученые, создавшие советскую школу резания металлов, отличительной особенностью которой является тесное содружество науки с производством, ученых с новаторами производства. Работами советских ученых совместно с рабочими-новаторами было создано впервые в мировой науке высокопроизводительное резание металлов (резание с большими скоростями и подачами). Это явилось важным резервом дальнейшего повышения производительности труда в машиностроении.

Особенно значительный вклад в учение о резании металлов был сделан советскими учеными А. В. Панкиным, В. А. Кривоуховым, Н. И. Резниковым, И. М. Беспрозванным, М. Н. Лариным, Г. И. Грановским, П. П. Грудовым.

Ссылка на основную публикацию
ВсеИнструменты
Adblock
detector
×
×