Все быстрорежущие стали классифицируются непосредственно по химическому составу, для чего расшифровывается маркировка. Инструментальные стали делятся на следующие три группы:
Быстрорежущая сталь – характеристика, маркировка, области применения
Все виды металлов с различными характеристиками и свойствами доступны на рынке в большом количестве. Быстрорежущая сталь относится к инструментам, так как используется для изготовления режущих инструментов. Он позволяет резать металлы при очень высоких скоростях и высоких температурах.
Свойства и особые характеристики быстрорежущей стали позволяют изготавливать высокопрочные инструменты для широкого спектра применения. Другие специфические свойства этого сплава описаны ниже.
История создания быстрореза
Назначение быстрорежущей стали менялось на протяжении всей истории. До появления быстрорежущей стали мастера использовали обычные стальные резцы. Они менее пригодны для обработки деталей из дерева и цветных металлов. Основной проблемой токарной обработки с помощью таких инструментов была медлительность процесса. Кроме того, режущая часть быстро приходит в негодность и достигает высокой температуры.
Быстрая резка стали стала настоящим прорывом для ремесленников. Он был открыт в 1858 году, когда был обнаружен сплав вольфрама и марганца. Химические элементы были идеальны в виде сплавов. В начале двадцатого века ученые искали варианты с улучшенными свойствами. Особый прогресс был достигнут в прочности материала.
В результате скорость обработки деталей и производительность станков возросли во много раз.
В двадцатом веке вольфрам был успешно заменен самозатвердевающими соединениями. Сегодня безвольфрамовые соединения считаются самыми эффективными.
Характеристики быстрорежущих сталей
В связи с этим возникает вопрос, какая сталь является самой быстрорежущей? Из всего их разнообразия таковыми можно считать только сплавы с большим количеством легирующих элементов. Различные химические элементы могут значительно изменить свойства металла.
Когда мы говорим об основных свойствах стали, речь идет в основном о повышении твердости сплава. Это свойство определяется назначением материала — создать условия, в которых металл может работать с более высокой скоростью. Сталь должна сохранять свои свойства даже при сильном абразивном износе, например, при резке. В противном случае материал непригоден для производства.
Другие свойства быстрорежущей стали
- Удержание высокого уровня стойкости даже при большой температуре. Устойчивость объясняется способностью инструмента действовать без изменения характеристик. Любые преобразования могут привести к ухудшению качества результата, поэтому важно сохранять первоначальный баланс. Например, изменения, связанные с кристаллической решеткой, в результате приводят к чрезмерному трению и нагреву металла. Затем твердость материала снижается, а пластичность, наоборот, становится выше. Износ такого инструмента произойдет гораздо быстрее, чем в условиях верной эксплуатации.
- Прочность. Твердость быстрорежущей стали связана с ее применением. Часто материал используют для резки заготовок либо обработки деталей. Результаты исследований свидетельствуют о том, что сталь высокого качества сохраняет свои характеристики при температуре до +6 000 °С. Если же качество стали обычное, то твердость будет меньше, чем у любого другого углеродистого металла.
- Повышенная устойчивость, за счет которой стальной инструмент трудно разрушить. Для такого металла недопустимы хрупкость и гибкость, так как он работает на достаточно большой скорости. Благодаря устойчивости сталь также можно использовать с высоким показателем подачи. Это приведет к большей глубине резания.
История создания
До появления высокоскоростных шлифовальных станков для точения деревянных деталей и цветных металлов использовались обычные стальные резцы. Однако при обработке твердосплавных деталей этими инструментами возникла проблема. Инструмент очень быстро изнашивается, становится слишком горячим и не может использоваться для обработки твердых материалов на высоких скоростях.
Проблема была решена в 1858 году после того, как был найден сплав, в котором в качестве легирующих элементов использовались вольфрам и марганец. В последующие десятилетия дальнейшие эксперименты привели к появлению различных типов суперсплавов, которые можно было использовать при высоких температурах. Это позволило в несколько раз увеличить скорость обработки деталей и производительность отрезных станков.
В конце прошлого века вольфрамовые соединения начали заменять самозатвердевающими, и сегодня успешно используются безвольфрамовые композиции.
Свойства и виды быстрорежущих сталей
Сплавы сочетают повышенную жаропрочность с твердостью, износостойкостью и высокой устойчивостью к пластической деформации. В процессе обработки инструмент из быстрорежущей стали должен сохранять заданный размер и форму, выдерживать сильные динамические нагрузки и сохранять режущую способность при высоких температурах.
Назначение быстрорежущих сталей и их свойства определяются свойствами легирующих элементов. Легирующие элементы состоят из хрома и вольфрама в различных пропорциях, которые в определенной степени изменяют эксплуатационные характеристики материала. Помимо классических хромовольфрамовых сплавов, используются также сплавы с повышенным содержанием углерода, ванадия и кобальта.
Быстрорежущие инструментальные стали делятся на 3 группы:
- Сплавы с нормальной теплостойкостью – вольфрамовые и вольфрамомолибденовые соединения (P9, P12, P18, P6M3, P6M5, P8M3), которые используют для изготовления режущего инструментария с целью обработки конструкционных, цветных и черных металлов, пластмассы. К этой же группе относятся составы, легированные азотом для повышения режущих характеристик металла.
- Марки с повышенной теплостойкостью – составы с увеличенным содержанием углерода, ванадия и кобальта (10Р6М5, Р2МЗФ8, Р9К10 и др.), предназначенные для обработки закаленных, жаропрочных, нержавеющих и конструкционных металлов.
- Высоколегированные сплавы с высокой теплостойкостью – характеризуются высоким содержанием легирующих добавок и низким содержанием углерода (В14М7К25, В11М7К23). Они предназначены для резки титановых сплавов и труднообрабатываемых изделий.
Основные характеристики
- Горячая твердость В обычном состоянии материал по твердости уступает углеродистым металлам. Но в процессе нагрева твердость обычных углеродистых соединений падает до недопустимых пределов. Твердость быстрорежущей стали сохраняется даже при температуре 600°C.
- Красностойкость Этот параметр характеризует максимальное время, в течение которого инструмент может выдерживать высокую температуру без потери своих эксплуатационных свойств. Быстрорежущее оборудование в этом плане не имеет аналогов.
- Сопротивление разрушению Прочные сплавы обладают отличными механическими характеристиками, препятствующими их разрушению. Это гарантирует возможность использования оборудования в интенсивном режиме эксплуатации.
Изготовление быстрорежущих сталей
В производстве используются следующие технологии:
- Классический способ разливки и формовки металла с последующей проковкой. Эта технология дает возможность предварительного отжига и закалки материала, а также предотвращает образование хрупкости и улучшает качественные характеристики инструмента.
- Порошковый метод, в процессе которого расплавленный состав распыляется с помощью азота.
Для улучшения качества производимых изделий их поверхность после производства дополнительно обрабатывается азотом, цинком и сульфидами.
