Что относится к быстрорезам
Быстрорежущие инструментальные стали: марки, характеристики, маркировка
Такой материал, как быстрорежущие стали, отличается уникальными свойствами, что дает возможность использовать его для изготовления инструментов, обладающих повышенной прочностью. Характеристики сталей, относящихся к категории быстрорежущих, позволяют производить из них инструменты самого различного назначения.
Фрезы, метчики, развертки – типичные изделия, производимые из высококачественной быстрорежущей стали
Характеристики быстрорежущих сталей
К категории быстрорежущие стали относят сплавы, химический состав которых дополнен рядом легирующих добавок. Благодаря таким добавкам сталям придаются свойства, позволяющие использовать их для изготовления режущего инструмента, способного эффективно работать на высоких скоростях. Быстрорежущие инструментальные стали от обычных углеродистых сплавов как раз и отличает то, что инструмент, который из них изготовлен, может с успехом применяться для обработки твердых материалов на повышенных скоростях.
Фрезеровка детали на профессиональном гравировальном станке
К наиболее примечательным характеристикам, которыми отличаются быстрорежущие стали различных марок, нужно отнести следующие.
Характеристики и назначение быстрорежущих сталей
Расшифровка обозначения марок сталей
Изначально быстрорежущая сталь как материал для изготовления режущих инструментов была изобретена британскими специалистами. С учетом того, что инструмент из такой стали может использоваться для высокоскоростной обработки металлов, этот материал назвали «rapidsteel» (слово «рапид» здесь как раз и означает высокую скорость). Такое свойство данных сталей и придуманное им в свое время английское название послужили причиной того, что обозначения всех марок данного материала начинаются с буквы «Р».
Правила маркировки сталей, относящихся к категории быстрорежущих, строго регламентированы соответствующим ГОСТ, что значительно упрощает процесс их расшифровки.
Первая цифра, стоящая после буквы Р в обозначении стали, указывает на процентное содержание в ней такого элемента как вольфрам, который во многом и определяет основные свойства данного материала. Кроме вольфрама быстрорежущая сталь содержит в своем составе ванадий, молибден и кобальт, которые в маркировке обозначаются, соответственно буквами Ф, М и К. После каждой из такой буквы в маркировке стоит цифра, указывающая на процентное содержание соответствующего элемента в химическом составе стали.
Пример расшифровки марки быстрорежущей стали
В зависимости от содержания в составе стали тех или иных элементов, а также от их количества, все подобные сплавы делятся на три основных категории. Определить, к какой из категорий относится сталь, достаточно легко, расшифровав ее маркировку.
Итак, стали быстрорежущих марок принято разделять на следующие категории:
Определение разновидности стали по искре
Как уже говорилось выше, характеристики сталей, относящихся к категории быстрорежущих, преимущественно определяются содержанием в них такого элемента как вольфрам. Следует иметь в виду, что если в быстрорежущем сплаве содержится слишком большое количество вольфрама, кобальта и ванадия, то по причине формирования карбидной неоднородности такой стали режущая кромка инструмента, который из нее изготовлен, может выкрашиваться под воздействием механических нагрузок. Таких недостатков лишены инструменты, изготовленные из сталей, содержащих в своем составе молибден. Режущая кромка подобных инструментов не только не выкрашивается, но и отличается тем, что имеет одинаковые показатели твердости по всей своей длине.
Маркой стали для изготовления инструментов, к которым предъявляются повышенные требования по их технологическим характеристикам, является Р18. Обладая мелкозернистой внутренней структурой, такая сталь демонстрирует отличную износостойкость. Преимуществом использования стали данной марки является еще и то, что при выполнении закалки изделий из нее они не перегреваются, чего не скажешь о быстрорежущих сплавах других марок. По причине достаточно высокой стоимости инструментов, изготовленных из стали этой марки, ее часто заменяют на более дешевый сплав Р9.
Технические характеристики стали марки Р18
Достаточно невысокая стоимость стали марки Р9, как и ее разновидности — Р9К5, которая по своим характеристикам во многом схожа с быстрорежущим сплавом Р18, объясняется рядом недостатков данного материала. Наиболее значимым из них является то, что в отожженном состоянии такой металл легко поддается пластической деформации. Между тем сталь марки Р18 также не лишена недостатков. Так, из данной стали не изготавливают высокоточный инструмент, что объясняется тем, что изделия из нее плохо поддаются шлифовке. Хорошие показатели прочности и пластичности, в том числе и в нагретом состоянии, демонстрируют инструменты, изготовленные из стали марки Р12, которая по своим характеристикам также схожа со сталью Р18.
Свойства стали марки Р9К5
Методы производства и обработки
Для производства инструментов, изготавливаемых из быстрорежущих сплавов, используются две основные технологии:
Классическая технология, предполагающая проковку изделия из быстрорежущего сплава, которое предварительно было отлито в специальную форму, позволяет наделить такое изделие более высокими качественными характеристиками.
Подобная технология помогает избежать формирования карбидных ликваций в готовом изделии, а также дает возможность подвергнуть его предварительному отжигу и дальнейшей закалке. Кроме того, данная технология изготовления позволяет избежать такого явления, как «нафталиновый излом», которое приводит к значительному повышению хрупкости готового изделия, изготовленного из быстрорежущего сплава.
Закалка готовых инструментов, выполненных из быстрорежущего сплава, осуществляется при температурах, которые способствуют лучшему растворению в них легирующих добавок, но в то же время не приводят к росту зерна их внутренней структуры. После выполнения закалки быстрорежущие сплавы имеют в своей структуре до 30% аустенита, что не самым лучшим образом сказывается на теплопроводности материала и его твердости. Для того чтобы уменьшить количество аустенита в структуре сплава до минимальных значений, используются две технологии:
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.
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.
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.
Маркировка быстрорежущих сталей
БЫСТРОРЕЖУЩАЯ СТАЛЬ
Теплостойкие стали высокой твердости, называемые быстрорежущими или быстрорезами, – группа высоколегированных инструментальных сталей, которые благодаря составу и специальным режимам термообработки на вторичную твердость имеют очень высокое иносо- и красностойкость(до 550 – 600°С). Они сочетают теплостойкость (600-700˚С) с высокой твердостью (HRC 63-70) и повышенным сопротивлением пластической деформации. В результате применениябыстрорежущих сталей стало возможным увеличить скорость резания в 2-4 раза (а более новых сталей с интерметаллидным упрочнением даже в 5-6 раз) и повысить стойкость инструментов в 10-40 и более раз по сравнению с получаемыми для инструментов из нетеплостойких сталей. Эти преимущества проявляются при резании: с повышенной скоростью, т.е. в условиях нагрева режущей кромки, или при меньшей скорости, но с высоким давлением. Для понимания особенностей свойств и области использования их важно, что снижение их твердости на HRC 2-4 по сравнению с получаемой максимальной может сопровождаться ухудшением вязкости, прочности и износостойкости. Быстрорежущая сталь необходима в использовании в состоянии высокой твердости и при работе без больших динамических нагрузок.
Теплостойкость быстрореза создается специальным легированием и закалкой с очень высоких температур: 1200-1300˚С. Основные легирующие элементы – вольфрам или вольфрам вместе с молибденом. Многочисленные быстрорежущие стали целесообразно различать по главному свойству: умеренной, повышенной и высокой теплостойкости. Стали умеренной и повышенной теплостойкости имеют относительно высокое содержание углерода (≥0,6-0,7%) и одинаковую природу упрочнения; вторичная твердость создается выделением карбидов при отпуске.
Быстрорежущая сталь умеренной теплостойкости сохраняют твердость HRC 60 после нагрева (4ч) до 615-620˚С. Они пригодны для резания сталей и чугунов с твердостью до HB 250-280, т.е. большинства конструкционных материалов, и используются наиболее широко (78-80% от общего производства быстрорежущих сталей). Характерными представителями этой группы являются стали Р18 и более рационально легированные: вольфрамовые (сталь Р12) и вольфрамомолибденовые (сталь Р6М5).
Стали повышенной теплостойкости имеют высокое содержание или углерода (азота) или же их легируют дополнительно кобальтом. Они сохраняют твердость HRC 60 после нагрева 630-650˚С. Стойкость инструментов при правильном использовании этих сталей в 1,5-4 раза выше, чем у сталей умеренной теплостойкости.
Стали высокой теплостойкости сохраняют твердость HRC 60 после нагрева 700-730˚С. Природа их упрочнения принципиально другая – за счет выделения интерметаллидов. Эти стали при правильном назначении, например для резания многих труднообрабатываемых материалов, обеспечивают повышение стойкости в 10-15 и более раз.
Маркировка быстрорежущих сталей:
Число после буквы «Р» указывает на среднее содержание вольфрама (в процентах от общей массы, буква В пропускается). Затем после букв М, Ф и К указывают процент молибдена, ванадия и кобальта.
1.Химический состав быстрорежующих сталей (ГОСТ 19265-73)
ГОСТ 2379-77 Пластины из быстрорежущей стали к резцам. Формы и размеры
Такой материал, как быстрорежущие стали, отличается уникальными свойствами, что дает возможность использовать его для изготовления инструментов, обладающих повышенной прочностью. Характеристики сталей, относящихся к категории быстрорежущих, позволяют производить из них инструменты самого различного назначения.
Фрезы, метчики, развертки – типичные изделия, производимые из высококачественной быстрорежущей стали
Характеристики быстрорежущих сталей
К категории быстрорежущие стали относят сплавы, химический состав которых дополнен рядом легирующих добавок. Благодаря таким добавкам сталям придаются свойства, позволяющие использовать их для изготовления режущего инструмента, способного эффективно работать на высоких скоростях. Быстрорежущие инструментальные стали от обычных углеродистых сплавов как раз и отличает то, что инструмент, который из них изготовлен, может с успехом применяться для обработки твердых материалов на повышенных скоростях.
Фрезеровка детали на профессиональном гравировальном станке
К наиболее примечательным характеристикам, которыми отличаются быстрорежущие стали различных марок, нужно отнести следующие.
Характеристики и назначение быстрорежущих сталей
Быстрорез, за что его любят?
Самое важное преимущество инструмента из быстрорежущей стали – скорость резания. В момент появления инструменты были на грани фантастики и превосходили все ожидания. Конкурентами на тот момент у быстрорезов были инструментальные стали, их главный бич — полное отсутствие горячей твердости. Вот три пункта превосходства инструмента из быстрорежущей стали, за что они и обрели популярность: Важнейшее свойство – красностойкость. Определяет, сколько времени инструмент способен испытывать высокие температуры, прежде чем его режущие кромки начнут походить на печенье, упавшее в молоко. Например Р18 за 4 часа при температуре 620 градусов снизит прочность до 59 HRC. Наиболее ходовые инструментальные стали: У10, У12 120 выдержат нагрев 150-200, их твердость упадет не значительно, до HRC63. Дальнейшее повышение температур попросту критично и абсолютно не допустимо. Горячая твердость, вот за что быстрорез получил свое имя. Обработка металлов сильно нагревает инструмент. Традиционные приспособления из инструментальной стали, если смотреть на диаграмму отношения температуры и твердости, падали в бездну после порога в 200 градусов. Быстрорежущая сталь легко держала 60 HRC и при 600. Наиболее совершенные сплавы с высоким содержанием кобальта и 700 градусов. При использовании охлаждения скорость резания была огромной и полностью удовлетворяла всем требованиям. Для инструмент очень важна прочность или ударная прочность. Когда режущая кромка без последствий переносила ударные нагрузки, особенно при долбежных операциях, прерывистом точении и фрезеровке. Инструменты из быстрорежущей стали легко справлялись с этим наравне или лучше чем стали инструментальные.
Расшифровка обозначения марок сталей
Изначально быстрорежущая сталь как материал для изготовления режущих инструментов была изобретена британскими специалистами. С учетом того, что инструмент из такой стали может использоваться для высокоскоростной обработки металлов, этот материал назвали «rapidsteel» (слово «рапид» здесь как раз и означает высокую скорость). Такое свойство данных сталей и придуманное им в свое время английское название послужили причиной того, что обозначения всех марок данного материала начинаются с буквы «Р».
Правила маркировки сталей, относящихся к категории быстрорежущих, строго регламентированы соответствующим ГОСТ, что значительно упрощает процесс их расшифровки.
Первая цифра, стоящая после буквы Р в обозначении стали, указывает на процентное содержание в ней такого элемента как вольфрам, который во многом и определяет основные свойства данного материала. Кроме вольфрама быстрорежущая сталь содержит в своем составе ванадий, молибден и кобальт, которые в маркировке обозначаются, соответственно буквами Ф, М и К. После каждой из такой буквы в маркировке стоит цифра, указывающая на процентное содержание соответствующего элемента в химическом составе стали.
Пример расшифровки марки быстрорежущей стали
В зависимости от содержания в составе стали тех или иных элементов, а также от их количества, все подобные сплавы делятся на три основных категории. Определить, к какой из категорий относится сталь, достаточно легко, расшифровав ее маркировку.
Итак, стали быстрорежущих марок принято разделять на следующие категории:
Определение разновидности стали по искре
Как уже говорилось выше, характеристики сталей, относящихся к категории быстрорежущих, преимущественно определяются содержанием в них такого элемента как вольфрам. Следует иметь в виду, что если в быстрорежущем сплаве содержится слишком большое количество вольфрама, кобальта и ванадия, то по причине формирования карбидной неоднородности такой стали режущая кромка инструмента, который из нее изготовлен, может выкрашиваться под воздействием механических нагрузок. Таких недостатков лишены инструменты, изготовленные из сталей, содержащих в своем составе молибден. Режущая кромка подобных инструментов не только не выкрашивается, но и отличается тем, что имеет одинаковые показатели твердости по всей своей длине.
Маркой стали для изготовления инструментов, к которым предъявляются повышенные требования по их технологическим характеристикам, является Р18. Обладая мелкозернистой внутренней структурой, такая сталь демонстрирует отличную износостойкость. Преимуществом использования стали данной марки является еще и то, что при выполнении закалки изделий из нее они не перегреваются, чего не скажешь о быстрорежущих сплавах других марок. По причине достаточно высокой стоимости инструментов, изготовленных из стали этой марки, ее часто заменяют на более дешевый сплав Р9.
Технические характеристики стали марки Р18
Достаточно невысокая стоимость стали марки Р9, как и ее разновидности — Р9К5, которая по своим характеристикам во многом схожа с быстрорежущим сплавом Р18, объясняется рядом недостатков данного материала. Наиболее значимым из них является то, что в отожженном состоянии такой металл легко поддается пластической деформации. Между тем сталь марки Р18 также не лишена недостатков. Так, из данной стали не изготавливают высокоточный инструмент, что объясняется тем, что изделия из нее плохо поддаются шлифовке. Хорошие показатели прочности и пластичности, в том числе и в нагретом состоянии, демонстрируют инструменты, изготовленные из стали марки Р12, которая по своим характеристикам также схожа со сталью Р18.
Свойства стали марки Р9К5
II. МЕТОДЫ ИСПЫТАНИЙ
2.1. Контроль внешнего вида осуществляется визуально при помощи лупы увеличения 4 по ГОСТ 25706.
2.2. Контроль параметров резцов проводят средствами контроля, имеющими погрешности измерения не более:
при контроле линейных размеров-значений, указанных в ГОСТ 8.051;
при контроле угловых размеров — 35 % допуска на проверяемый угол;
при контроле формы и расположения поверхностей — 25 % допуска на проверяемый параметр.
2.3. Контроль параметров шероховатости поверхностей резцов осуществляют сравнением с образцами шероховатости по ГОСТ 9378 или контрольными образцами, имеющими значения параметров шероховатости поверхностей не более указанных в п. 6.
2.4. Контроль твердости (п. 3) осуществляют в соответствии с ГОСТ 9013 приборами ТР по ГОСТ 23677.
2.5. Испытания резцов на работоспособность, средний и установленный периоды стойкости должны проводиться на токарных, строгальных и долбежных станках, соответствующих установленным для них нормам точности и жесткости.
2.6. Испытания резцов проводят на заготовках из стали марки 45 по ГОСТ 1050 твердостью 187-207 НВ с охлаждением 5 % раствором эмульсола в воде с расходом не менее 5 л/мин.
2.6.1. Вершины резцов устанавливают по линии центров станка с допустимыми отклонениями не более, мм:
js14…………………………………….. для точения наружных поверхностей;
……………………………………… для точения внутренних поверхностей;
-10………………………………………. для отрезки и прорезки.
2.6.2. Вылет режущей части резцов из резцедержателя не должен превышать:
(1,2 — 1,3)Н…………………………………… для точения наружных поверхностей;
длины оттянутой части резца………. для точения внутренних поверхностей;
длины узкой части резца……………… для прорезки и отрезки;
Н…………………………………………………. для строгания и долбления прямыми резцами;
2Н……………………………………………….. для строгания изогнутыми резцами.
2.7. Поверхности заготовки для испытаний должны быть предварительно обработаны до параметра шероховатости Ra
≤ 12,5 мкм, допуск радиального биения 0,1 мм.
2.8. Испытания резцов на работоспособность, средний и установленный периоды стойкости проводят на режимах, установленных в табл. 3 — 5.
Быстрорежущие стали
Какие стали называются быстрорежущими?
Быстрорежущие сплавы относятся к группе инструментальных сталей специального назначения. Их основная область применения – изготовление профессионального инструмента повышенной прочности, работающего при высокой скорости вращения и резания.
История создания
До появления быстрорежущих инструментальных сталей для обтачивания деревянных деталей и изделий из цветных металлов использовались обычные стальные резцы. Но при обработке подобным инструментом деталей из твердых материалов возникала проблема. Резец очень быстро изнашивался, нагревался, им было невозможно обтачивать изделие с высокой скоростью.
Проблему удалось решить в 1858 году, после получения сплава, где в качестве легирующих элементов использовались вольфрам и марганец. В течение нескольких последующих десятилетий в результате экспериментов было получено еще несколько видов сверхпрочных сплавов, способных эксплуатироваться при высоких температурах. Это позволило многократно увеличить скорость обработки деталей и повысить производительность металлорежущих станков.
В конце прошлого века вольфрамовые соединения стали заменяться на самозакаливающиеся, а в настоящее время успешно используются безвольфрамовые составы.
Свойства и виды быстрорежущих сталей
Сплавы сочетают в себе повышенную теплостойкость с твердостью, износостойкостью и высоким сопротивлением пластической деформации. В процессе работы инструмент из быстрорежущей стали должен сохранять заданный размер и форму, выдерживать серьезные динамические нагрузки, сохранять режущую способность при высокой температуре.
Назначение быстрорежущих сталей и их свойства определяются особенностями легирующих элементов. В состав входят хром и вольфрам в различных процентных соотношениях, несколько изменяющих рабочие характеристики материала. Кроме классических хромовольфрамовых составов, используют сплавы с увеличением в составе углерода, ванадия, кобальта.
Быстрорежущие инструментальные стали делятся на 3 группы:
Основные характеристики
Изготовление быстрорежущих сталей
При производстве используются следующие технологии:
Для улучшения качества полученных изделий, после изготовления их поверхность подвергают дополнительной обработке азотом, цинком, серосодержащими сульфидами.
Где применяются быстрорежущие стали?
Область применения износостойкого металла зависит от состава, определяющего его рабочие свойства. В основном – это инструмент, к которому предъявляются высокие требования прочности, термостойкости, длительного срока службы.
По использованию данных марок металла специалисты дают следующие рекомендации:
Сортамент металлических изделий представлен квадратом, кругом, полосой, листовым прокатом. Чаще всего режущий инструмент изготавливаются из круга. Квадратный прокат применяется для производства электрорубанков, ножей, токарных резцов. Если есть сомнения в правильном выборе подходящего сплава, лучше обратиться к специалистам. В профильных компаниях смогут подобрать прокат высокого качества и нужных эксплуатационных характеристик.