Классификация быстрорежущих сталей осуществляется в зависимости от их химического состава, что позволяет точно расшифровывать их маркировку. Эти инструментальные стали можно разделить на три ключевые группы:
Быстрорежущая сталь – характеристика, маркировка, области применения
На современном рынке имеется широкий ассортимент металлов, каждая разновидность которых обладает своими уникальными характеристиками и свойствами. Быстрорежущая сталь представляет собой один из видов инструментальных сталей и используется в производстве резающих инструментов. Эта сталь способна обеспечивать резание различных видов металлов на высоких скоростях, а также при увеличенных температурах, что делает ее незаменимой в сфере механической обработки.
Выдающиеся свойства и характеристики быстрорежущей стали открывают возможность создания высокопрочных инструментов, способных выполнять широкий спектр задач. Ниже приводятся более подробные специфические свойства этого сплава.
История создания быстрорежущей стали
Потребности в быстрорежущей стали изменялись на протяжении всей ее истории. До появления этого типа стали мастера использовали стандартные стальные резцы, которые менее эффективно справлялись с задачами обработки деревянных деталей и цветных металлов. Основным ограничением в использовании этих инструментов была низкая скорость обработки, что значительно удлиняло процесс. К тому же, резущая кромка таких инструментов быстро теряла свои рабочие качества и поднималась до высоких температур, что делало их использование крайне неэффективным.
Разработка новых технологий и материалов привела к настоящему прорыву — быстрорежущая сталь была открыта в 1858 году, когда ученые выявили преимущества сплава, содержащего вольфрам и марганец. Эти химические элементы продемонстрировали идеальные свойства при использовании в составе сплавов. В начале двадцатого века продолжались исследования в поиске улучшенных вариантов быстрорежущих сталей, что позволило значительно повысить прочность материала и улучшить его эксплуатационные характеристики.
В результате этих достижений скорость обработки деталей и производительность станков увеличились в разы, что оказало положительное влияние на всю производственную отрасль.
С течением времени, в двадцатом веке, вольфрам постепенно начали заменять более современные самозатвердевающиеся соединения. На сегодняшний день безвольфрамовые композиции стали важным этапом в развитии быстрорежущих сталей, и их эффективность была признана высоко благодаря выдающимся характеристикам.
Характеристики быстрорежущих сталей
В связи с вышеизложенным перед нами возникает вопрос: какая сталь можно считать самой «быстрорежущей»? Из всего множества сталей только некоторые сплавы с высоким содержанием легирующих элементов обладают необходимыми свойствами для быстрого резания. Разнообразные химические компоненты могут существенно изменить характеристики металла, включая его твердость и прочность.
Когда речь идет о ключевых свойствах стали, основное внимание уделяется повышению ее твердости. Это свойство непосредственно связано с задачами, для которых предназначен материал — создание оптимальных условий для работы на повышенных скоростях, что является обязательным для качественного резания. Быстрорежущая сталь должна сохранять свои свойства даже под воздействием сильного абразивного износа, например во время обработки материалов. В противном случае такой металл будет неподходящим для производственных нужд.
Дополнительные характеристики быстрорежущей стали включают:
- Сохранение высокого уровня стойкости даже при значительных температурах. Эта устойчивость объясняется способностью инструмента функционировать без нарушения его характеристик. Любые изменения в структуре металла могут негативно сказаться на качестве обработки, поэтому критически важно сохранять идеальный баланс свойств. Например, изменения, связанные с кристаллической решеткой, могут привести к ненужному трению и нагреву, что уменьшает твердость, в то время как пластичность увеличивается. В результате износ такого инструмента произойдет значительно быстрее, чем при корректной эксплуатации.
- Прочность. Твердость быстрорежущей стали непосредственно зависит от ее предназначения. Данный материал часто используется для обработки или резки различных заготовок. Исследования показывают, что сталь, обладающая высоким качеством, может сохранять свои характеристики при температурах до 6000 °C. В случае использования стали низкого качества, ее твердость будет ниже по сравнению с любым другим углеродистым металлом.
- Повышенная устойчивость, благодаря которой инструмент из стали становится намного менее подверженным разрушению. Хрупкость и гибкость недопустимы для этого металла, так как он функционирует на довольно высоких скоростях. Это свойство позволяет выполнять операции с высоким показателем подачи, что, в свою очередь, способствует увеличению глубины резания.
История создания быстрорежущей стали
Перед возникновением высокоскоростных шлифовальных станков для обработки деревянных и цветных металлических деталей использовались обычные стальные резцы. Однако при обработке твердосплавных компонентов возникает необходимость в более качественных инструментах, так как стандартные быстро изнашиваются, перегреваются и не могут эффективно справляться с материала, жесткость которого высока.
Проблема была успешно решена в 1858 году благодаря открытию нового сплава, содержащего вольфрам и марганец в качестве легирующих элементов. В последующие десятилетия экспериментальная деятельность привела к созданию разнообразных высококачественных суперсплавов, способных действовать при высоких температурах. Это преобразование позволило многократно повысить скорость обработки деталей и продуктивность токарных станков.
К концу прошлого века вольфрамовые соединения начали заменять самозатвердевающими, а в настоящее время безвольфрамовые композиции активно применяются и демонстрируют эффекты высокоэффективных сталей.
Свойства и виды быстрорежущих сталей
Сплавы быстрорежущей стали сочетают в себе повышенные жаропрочные свойства с твердостью, износостойкостью и высокой устойчивостью к пластической деформации. В процессе механической обработки инструменты, изготовленные из быстрорежущей стали, должны сохранять заданные размеры и форму, справляться с высокими динамическими нагрузками и обеспечивать устойчивую режущую способность при высоких температурах.
Назначение и свойства этих сталей определяются непосредственными свойствами легирующих компонентов, к которым относятся хром и вольфрам в различных пропорциях, что изменяет эксплуатационные характеристики материала. В дополнение к классическим хромовольфрамовым сплавам, также применяются сплавы с повышенным содержанием углерода, ванадия и кобальта.
Быстрорежущие инструментальные стали делятся на 3 группы:
- Сплавы с нормальной теплостойкостью — вольфрамовые и вольфрамомолибденовые соединения (например, P9, P12, P18, P6M3, P6M5, P8M3), которые активно применяются для изготовления режущего инструментария для обработки конструкционных, цветных и черных металлов, а также пластиков. Эта группа также включает составы, легированные азотом, что позволяет улучшить режущие характеристики.
- Марки с повышенной теплостойкостью — это сплавы с увеличенным содержанием углерода, ванадия и кобальта (например, 10Р6М5, Р2МЗФ8, Р9К10 и др.), предназначенные для резки закаленных, жаропрочных, нержавеющих и конструкционных металлов.
- Высоколегированные сплавы с высокой теплостойкостью — отличительной чертой этих сталей является высокое содержание легирующих добавок и низкое содержание углерода (например, В14М7К25, В11М7К23). Эти материалы специально разработаны для резки титановых сплавов и трудносвариваемых изделий.
Основные характеристики быстрорежущих сталей
- Горячая твердость. В обычном состоянии материал демонстрирует меньшую твердость по сравнению с углеродистыми металлами. Однако при нагреве твердость углеродистых соединений падает до критических уровней. Напротив, быстрорежущая сталь сохраняет свою твердость даже при температурах до 600 °C, что делает ее исключительной для применения в высокотемпературных условиях.
- Красностойкость. Этот параметр указывает на максимальную продолжительность времени, в течение которого инструмент может выдерживать высокие температуры, не теряя своих эксплуатационных свойств. В данном отношении быстрорежущее оборудование не имеет аналогов на рынке.
- Сопротивление разрушению. Прочные сплавы обладают выдающимися механическими характеристиками, что предотвращает возможные разрушения. Это гарантирует возможность использования оборудования в условиях интенсивного режима эксплуатации.
Изготовление быстрорежущих сталей
На этапе производства быстрорежущих сталей применяются следующие технологии:
- Классический метод разливки и формовки металла с последующей проковкой. Данная технология позволяет осуществлять предварительное отжиг и закалку материала, что способствует предотвращению образования хрупкости и улучшению качественных характеристик инструмента.
- Порошковый метод, в процессе которого расплавленный состав распыляется с использованием азота, что ведет к получению однородного материала с необходимыми свойствами.
Для повышения качества производимых изделий их поверхность после технологического процесса дополнительно обрабатывается с использованием азота, цинка и сульфидов, что улучшает их эксплуатационные характеристики и долговечность.
