Что является основным легирующим элементом быстрорежущей стали

Быстрорежущие стали

Существует огромное количество различных металлов, которые обладают своими определенными достоинствами и недостатками. Быстрорежущие стали зачастую применяются для изготовления инструментов, которые должны обладать повышенной прочностью, некоторых ответственных деталей. Рассмотрим особенности этого сплава подробнее.

Характеристики быстрорежущих сталей

Быстрорежущие стали – сплавы, которые имеют достаточно большое количество легированных добавок. За счет добавления различных химических веществ свойства металла серьезно меняются. Рассматривая характеристики следует отметить, что материал подобного типа специально создается для эксплуатации при высоком показателе трения, который возникает на момент резания. Состав быстрорежущей инструментальной стали существенно повышает твердость металла, за счет чего он может работать на повышенной скорости.

Основные характеристики быстрорежущих сталей

Характеристики быстрорежущей стали следующие:

Именно химический состав быстрорежущей стали определяет ее основные эксплуатационные качества.

Классификация и маркировка быстрорежущих сталей

Все быстрорежущие стали классифицируются непосредственно по химическому составу, для чего проводится расшифровка маркировки. Инструментальные стали быстрорежущие делятся на следующие три группы:

При применении подобного металла получающаяся кромка не реагирует на механическое воздействие, по всей длине показатель твердости остается неизменным и металл не выкрашивается. Вышеприведенная классификация быстрорежущей стали определяет то, при какой скорости резания и подаче может использоваться сплав.

Состав быстрорежущих сталей различных марок

Рассматривая обозначение быстрорежущей стали следует уделить внимание тому, что первая буква для обозначения этой группы «Р». Цифра, которая идет первой в обозначении указывает процесс вольфрама в составе. Далее могут идти буквы, обозначающие легирующие элементы. Стоит учитывать, что расшифровка металла указывает на точное содержание определенных легирующих элементов, которые изменяют эксплуатационные качества материала.

Область применения различных марок быстрорежущих сталей

Рассматривая применение износостойкого металла следует уделить внимание тому, что конкретный состав металла определяет его эксплуатационные качества. Инструмент изготовленный из подобного металла может выдерживать длительную эксплуатацию.

Режущий инструмент из быстрорежущей стали

Область применения достаточно обширна:

Материал может использоваться для получения инструмента, который будет выдерживать высокую нагрузку.

Сегодня, при повсеместной установке станков с ЧПУ, режущий инструмент повышенной устойчивости является единственным выходом из сложившейся ситуации, когда высокие скорости обработки создают проблемы.

Особенности термической обработки быстрорежущих сталей

Для увеличения эксплуатационных качеств быстрорежущей стали могут применяться стандартные методы обработки. Однако при этом учитывается состав металла. Примером назовем то, что процесс закалки предусматривает нагрев среды до температуры, которая позволяет обеспечить условия для растворения различных примесей и добавок.

После того, как обработка быстрорежущей стали была завершена, в сплаве остается до 30% аустенита, что существенно повышает теплопроводность и твердость.

Для уменьшения показателя аустенита в структуре могут применяться две технологии:

Микроструктура быстрорежущей стали Р6М5: а) литое состояние; б) после ковки и отжига; в) после закалки; г) после отпуска

Кроме этого улучшение характеристик проводится следующим образом:

Сегодня часто встречается ситуация, когда поверхность обрабатывается паром, что позволяет существенно повысить характеристики поверхностного слоя. Зачастую дополнительная обработка проводится в случае, когда режущая кромка была полностью подготовлена.

Источник

Структура и свойства быстрорежущих сталей

Состав карбидов в быстрорежущих сталях, %

Карбид М6С является основным карбидом, при содержании в сталях >1% W и 0,5% Mo. Это очень стабильный карбид, который распадается с трудом. Чем выше содержание вольфрама и молибдена в карбиде М6С, тем трудней он растворяется в аустените. Температура растворения вольфрамового карбида составляет 950÷1300ºC, молибденового карбида 950÷1250ºC. При отпуске мартенсита, легированного W, Mo, карбид М6С выделяется только при температуре >500ºC. Но и тогда он появляется вначале в виде М2С и затем при 620÷700ºC в виде М6С.

Типичная структура быстрорежущей стали

Карбид МС. Карбид ванадия МС может образовываться даже при малом количестве ванадия (0,1%), если имеется соответствующие количество углерода. 1% V связывает 0,2-0,3%С (теоретически 0,19%). Твердость этого карбида составляет HV 2800. Его твердость намного вше твердости карбидов состава M6С и M23C6. Карбид МС очень плохо растворяется в аустените. При отпуске он появляется при температуре выше 500ºC и его выделение вызывает упрочнение, причем максимум дисперсионного твердения обеспечивают карбиды в виде пластин диаметром

10Á.
Карбид М23С6. Карбид хрома, количество которого в разных быстрорежущих сталях почти одинаково; в этом карбиде содержится так же часть ванадия и немного вольфрама (молибдена). Карбид М23С6 хорошо растворяется в аустените при температуре 950÷1000ºC. Таким образом можно повысить степень легированости аустенита в мартенсите. Твердость карбидов М23С6 в стали HV 1000-1100. Эти карбиды стабильнее карбидов М7С3, (появляются при меньшем содержание хрома), и температура их образование так же выше, чем последних. Поэтому с появлением карбидов М23С6 теплостойкость стали возрастает.
Свойства стали зависят от формы и распределения карбидов в структуре. Чем мельче карбиды и более плотно распределены в объеме металла, тем выше твердость и износостойкость инструмента. В принципе, рассчитать появление того или иного карбида в структуре при определенной температуре можно при помощи справочников и химических формул. Но это достаточно трудоемкое занятие, так как вариантов содержания различных элементов в одной и той же марке стали, огромное количество.
Использование карбидных марок сталей для изготовления инструмента не является основным условием долговечной работоспособности изделий. Для повышения эксплуатационной теплостойкости и износостойкости используются специальные технологии нанесения покрытий из сверхтвердых элементов.

Источник

Металлолом

Все о металле, его обработке и переработке

БЫСТРОРЕЖУЩИЕ СТАЛИ

Применение быстрорежущих сталей для режущего инстру­мента позволяет повысить скорости резания в несколько раз, а стойкость инструмента — в десятки раз. Главной отличительной особенностью быстрорежущих сталей явля­ется их высокая теплостойкость или красностойкость[22] (600—700 °С) при наличии высокой твердости (63—

Рис. 211. Соотношение между средним содержанием углерода и ванадия в некоторых марках быстрорежущих сталей (по ГОСТ 19265—73)

Рис. 210. Вертикальный разрез диа­граммы системы Fe—W—Cr—V при 18 % W; I % V и 4 % Cr; 8 — интерме­таллид (Мураками, Хатт с дополне­ниями Kyo)

70 HRC) и износостойкости инструмента. Уникальные свойства быстрорежущих сталей достигаются посредством специального легирования и сложной термической обра­ботки, обеспечивающих определенный фазовый состав.

1. Ррль легирующих элементов и фазовый состав стали

Основными легирующими элементами быстрорежущих ста­лей, обеспечивающими высокую красностойкость, являют­ся вольфрам, молибден, ванадий. Кроме них, все стали легируют хромом, а некоторые — кобальтом. Важным компонентом является углерод.

Карбидообразующие элементы образуют в стали специ­альные карбиды: MeeC на основе вольфрама и молибдена,

MeC на основе ванадия и Me23C6 на основе хрома. Часть атомов Me в указанных карбидах составляют железо и другие элементы (см. гл. VIII, п. 3).

Вертикальный (политермический) разрез диаграммы состояния системы Fe—Cr—W—V, характерный для быст­рорежущих сталей, приведен на рис. 210[23]. Аустенит в быстрорежущих сталях получается при нагреве выше 800— 900 °С, однако при этих температурах аустенит не обога­щен основными легирующими элементами и углеродом. Поэтому закалка стали от температуры выше Ac3 (линии 1—3—2) на 30—50 0C, как принято для обычных сталей, не может обеспечить главного свойства быстрорежущей ста­ли — красностойкости. Красностойкость достигается лишь после высокотемпературного нагрева под закалку до тем­ператур несколько ниже линии солидуса Ai (линия 1—2), когда значительная часть легированных карбидов раство­ряется в аустените, обогащая его вольфрамом, молибде­ном, ванадием, хромом и углеродом. Полного растворения в аустените карбида Me6C, а также MeС, как видно из диаграммы состояния, даже при столь высоких температу­рах не происходит. Повышение содержания углерода в стали приводит к понижению температуры закалки, так как линия солидус 1—2 понижается с 1330 0C (0,6 % С) до IlOO0C (1,5 % С). Диаграмма также показывает, что обез­углероживание быстрорежущей стали (до % С

Источник

Быстрорежущие стали

Из учебника А.П.Гуляева «Металловедение»

В отожженном виде структура сталей (всех марок) состоит из α-твердого раствора и карбидов. Все легирующие элементы (Cr, W, Mo, V). Основными карбидами в быстрорежущей стали являются карбиды M₆C, MC, M₂₃C₆ и M₃C приблизительно одинакового для всех сталей состава (табл. 2).

Состав карбидов в быстрорежущих сталях, %

В зависимости от состава стали, в первую очередь соотношения (W+Mo)/V меняется и соотношение M₆C/MC. Например, в стали Р18 почти нет карбида MC, а в стали Р0М2Ф3 нет карбида M₆C. Кроме этих карбидов в отдельных случаях могут присутствовать в небольшом количестве карбиды M₂₃C₆, M₃C, карбид M₂C выделяется при отпуске.

Сами карбиды делятся по условиям образования на три вида:

1) «эвтектоидные», самые мелкие составляющие основной сорбитный фон (Превращение идет по перетектоидной реакции А+К_II → Ф+К_III. Перетектоид (обычно называемый эвтектоид) представляет собой смесь феррита и карбида хрома (M₂₃C₆) или железа (M₃C) в небольшом количестве (обозначают К_III));

2) вторичные карбиды, выделившиеся из аустенита после окончания кристаллизации;

3) первичные карбиды, самые крупные, выделившиеся в результате эвтектического превращения (L → А+К_I) и раздробленные на отдельные частицы ковкой.

Рис. 3. Структура литой быстрорежущей стали, изготовленной по обычной технологии

Рис. 4. Структуры кованой и отожженной быстрорежущей стали, изготовленной по обычной технологии (а) и методом порошковой металлургии (б)

Рис. 5. Гранулы и их структура быстрорежущей стали, полученной закалкой из жидкого состояния

Из рис. 6 видно, что чем выше температура закалки, тем больше в раствор переходит этих элементов и тем выше красностойкость. Отсюда рекомендация нагревать при закалке как можно выше, вплоть до начала оплавления. Теперь от этой рекомендации отказались, так как при таком излишне высоком нагреве происходит рост зерна и ухудшаются механические свойства. В настоящее время рекомендуется нагревать при закалке как можно выше, но не выше начала роста зерна (последнее должно быть не более № 11). В таблице 3 приведены оптимальная температура нагрева под закалку некоторых наиболее распространенных быстрорежущих сталей, состав твердого раствора, красностойкость и количество остаточного аустенита после закалки.

Температура закалки, состав γ-твердого раствора и красностойкость некоторых быстрорежущих сталей

а) гранулы быстрорежущей стали	б) структура гранул
Сталь	Температура закалки, °С	Состав твердого раствора, % (атоми.)					К 4 р 58, °С	Остаточный аустенит, %
		W	Mo	V	Cr	Co
Р18	1 280	3	—	1	4	—	620	30
Р9	1 230	2,5	—	1,5	4	—	620	25
Р6М5	1 220	1	2	1	4	—	620	30
Р6М5К5	1 220	1	2	1	4	5	635	30
Р0М2Ф3	1 200	—	2	2	4	—	620	25
Р3М3Ф2	1 200	1	2	1	4	—	620	25

Рис. 6. Влияние температуры закалки на состав твердого раствора (быстрорежущая сталь Р6М5)

Из табл. 3 следует, что несмотря на сильное различие в общем химическом составе, состав твердого раствора очень близок во всех сталях, 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.

Разные марки быстрорежущей стали различаются главным образом по технологическим свойствам, например, плохо шлифуются, если высокий процент ванадия, образуются высокотвердые карбиды VC, и они крупного размера; стали склонны к обезуглероживанию, если высокий процент молибдена. В табл. 3 указывается процент остаточного аустенита, в закаленной стали, это показывает, что мартенситная реакция не идет до конца, из-за высокой легированности твердого раствора, точка M_k лежит ниже точки комнатной температуры.

Выдержка при температуре закалки, способствуя переводу карбидов в раствор, действует аналогично повышению температуры закалки.

Охлаждение при закалке быстрорежущей стали следует производить в масле. В результате медленного охлаждения с высоких температур (например, на воздухе) могут выделиться карбиды, что ухудшает режущие свойства.

Весьма хорошие результаты (в смысле уменьшения закалочной деформации) дает ступенчатое охлаждение.

Для превращения остаточного аустенита в мартенсит производят обработку холодом или отпуск.

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

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

Источник

Быстрорез

Быстрорежущая сталь – сплав особого состава, выступающий сырьем для изготовления металлорежущих инструментов, работающих на высоких скоростях. К базовым характеристикам данной стали относятся сопротивление разрушению, красностойкость, высокая степень твердости.

Металл данного вида изготавливается методом прокатки и проковки, а также разливкой в слитки. В порошковой металлургии для получения данного проката используют метод распыления жидкого металла азотом.

Область использования

Из быстрорежущей стали производится особый инструмент – небольшие фрезы, метчики, сверла. Данный тип стали используется для выпуска простых инструментов, с помощью которых обрабатываются конструкционные материалы. Сферу применения быстрорежущих сталей дополняют сплавы с добавками. Наличие в составе вольфрама позволяет использовать сплав для нарезания резьбы или зубьев в инструментах. Кобальт в роли добавки позволяет обрабатывать сплавы, устойчивые к коррозии и высокой температуре. При добавлении ванадия сплав используют для изготовления инструментов, применяемых для чистовой обработки материалов.

Износостойкость и теплостойкость являются основными свойствами, которыми должны обладать материалы, используемые в производстве режущего инструмента. Во многих случаях к таким сталям предъявляют дополнительные требования. Это – коррозионная стойкость, способность сохранять неизменными размерные параметры и форму инструмента при высокой скорости резания, устойчивость к динамическим нагрузкам. Быстрорежущие инструментальные стали имеют теплостойкость (способность сохранять рабочие характеристики при длительном нагреве) – 600-6400С. Эти сплавы применяют для изготовления резцов, свёрл, долбяков, фрез, метчиков, протяжек, зенкеров, пил.

Маркировка быстрорежущей стали содержит букву Р, стоящая после неё цифра указывает на количество в процентах главного легирующего элемента – вольфрама. Буквой М обозначают количество молибдена, К – кобальта, Ф – ванадия. Согласно ГОСТ, быстрорежущие стали в своей маркировке не содержат указания на количество хрома (оно обычно равно 4%), ванадия – при его содержании менее 2%, молибдена – если его менее 1%.

Свойства быстрорежущих сталей определяются двумя основными компонентами – карбидами тугоплавких металлов и окружающей их стальной основой.

Карбиды вольфрама, ванадия, молибдена служат для обеспечения износостойкости инструмента, а стальная основа – для придания прочности, благодаря чему инструмент хорошо выдерживает ударные нагрузки.

Источник

• ← Что является основным критерием физического совершенства человека ответ
• Что является основным лейтмотивом пьесы на дне →