Свойства широко применяемых быстрорежущих сталей

Порошковые быстрорежущие стали. Наиболее эффективные возможности повышения свойств и качества быстрорежущих сталей дает технология производства методами порошковой металлургии.

Порошковая быстрорежущая сталь характеризуется однородной мелкозернистой структурой, равномерным распределением карбидной фазы, пониженной деформируемостью в процессе термической обработки, хорошей шлифуемостью, более высокими технологическими и механическими свойствами, чем стали аналогичных марок, полученных по традиционной технологии.

При реализации этих технологий были разработаны порошковые быстрорежущие стали ДИ 100 (Р7М2Ф6) и ДИ 106 (Р9М2Ф5К6-М1) по ГОСТ 28393—89. Инструменты, изготовленные из указанных сталей, показали высокую эффективность в ходе многочисленных промышленных испытаний.

Карбидостали отличаются от обычных быстрорежущих сталей высоким содержанием карбидной фазы (в основном карбидов титана), что достигается путем смешивания порошка быстрорежущей стали и мелкодисперсных частиц карбида титана. Содержание карбидной фазы в карбидостали колеблется от 30 до 70 %. В отожженном состоянии твердость карбидостали составляет НRСэ 40—44, а после закалки и отпуска НRСэ 68—70.

Карбидосталь обеспечивает повышение стойкости режущего инструмента в 1,5—2 раза по сравнению с аналогичными марками обычной технологии производства, являясь полноценным заменителем твердых сплавов.

Области технологического применения быстрорежущих сталей.

Для обработки конструкционных материалов с прочностью менее 600—700 МПа рекомендованы низколегированные быстрорежущие стали (цветные металлы, например сплавы на алюминиевой основе, отожженные конструкционные стали, серые чугуны и т.д.). Конструкционные материалы с прочностью до 1000МПа обрабатывают инструментом, оснащенным сталями умеренной теплостойкости (Р6М5 и др.). Для обработки конструкционных материалов повышенной прочности (свыше 1200МПа), а также труднообрабатываемых материалов (нержавеющие и жаропрочные стали и сплавы, титановые сплавы, улучшенные стали с повышенной твердостью и др.) рекомендованы стали повышенной теплостойкости.

ТВЕРДЫЕ СПЛАВЫ

Твердые сплавы являются основным инструментальным материалом, обеспечивающим высокопроизводительную обработку материалов. В настоящее время общее количество твердосплавного инструмента, применяемого в механообрабатывающем производстве, составляет до 28—30 %, причем этим инструментом снимается до 65 % стружки, так как скорость резания, применяемая при обработке этим инструментом, в 2—5 раз выше, чем у быстрорежущего инструмента.

Порошковые (спеченные) твердые сплавы — это композиции, состоящие из твердых, тугоплавких соединений (карбиды, карбонитриды титана, вольфрама, тантала и др.) в сочетании с цементирующей (связующей) составляющей (кобальт, никель, молибден и др.). Твердые сплавы, применяемые для оснащения режущего инструмента, по составу и областям применения подразделяют на четыре группы: вольфрамокобальтовые ВК (WC—Со), титановольфрамовые ТК (WC—TiC—Со), титанотанталовольфрамовые ТТК (WC—TiC—ТаС—Со), безвольфрамовые БВТС (на основе TiC, TiCN с различными связками).

Твердые сплавы как инструментальные материалы обладают многими ценными свойствами, основными из которых являются высокая твердость (HRA 82—92), сохраняемая при нагреве до 700—1100 °С, большое значение модуля упругости (Е= 500—700 ГПа) и предела прочности при сжатии до

σ_-b= 6 ГПа. Вместе с тем твердые сплавы имеют относительно невысокую прочность при изгибе (σ_и = 1—2,5 ГПа) и ударную вязкость. Указанные физико-механические свойства обеспечивают твердосплавному инструменту высокий предел пластической прочности, повышенную сопротивляемость адгезионно-усталостному, химико-окислительному, диффузионному и абразивному изнашиванию.

Вольфрамокобальтовые твердые сплавы.Вольфрамокобальтовые сплавы (ВК) состоят из карбида вольфрама и кобальта. Марки сплавов этой группы различаются по содержанию в них кобальта, размерами зерен карбида вольфрама (WC) и технологией изготовления.

При увеличении в сплавах содержания кобальта в рассматриваемом диапазоне предел прочности при поперечном изгибе и эксплуатационная прочность при резании возрастают, в то время как твердость и износостойкость уменьшаются. Так, сплав ВКЗ с минимальным содержанием кобальта, как наиболее износостойкий, но наименее прочный, рекомендуют для чистовой обработки с максимально допустимой скоростью резания, а сплавы ВК8 и ВК10-ХОМ —для черновой обработки с пониженной скоростью резания и увеличенным сечением среза в условиях ударных нагрузок.

Таблица 7.2

Физико-механические характеристики вольфрамокобальтовых сплавов (ГОСТ 3882—74)

Вольфрамокобальтовые сплавы рекомендованы преимущественно для обработки материалов, дающих дискретные типы стружек (элементная, стружка надлома): чугуны, цветные металлы, стеклопластики, фарфор и труднообрабатываемые материалы (коррозионностойкие, высокопрочные стали, жаропрочные сплавы на основе никеля и титана и т. д.).

Титановольфрамовые твердые сплавы. Титановольфрамовые сплавы (ТК) выпускают главным образом для оснащения инструментов при обработке резанием сталей, дающих сливную стружку. По сравнению со сплавами ВК они обладают большей стойкостью против окисления, твердостью и жаропрочностью, в то же время имеют меньшую тепло- и электропроводность, а также меньший модуль упругости.

Сплавы группы ТК стандартных марок имеют различный состав в зависимости от условий их применения. Содержание карбида титана колеблется в пределах 5—30 %, кобальта от 4 до 10 % (табл. 7.3).

Предел прочности при изгибе и сжатии, а также ударная вязкость у сплавов ТК увеличивается с ростом содержания кобальта, а при увеличении содержания карбида титана уменьшаются ударная вязкость, пластическая деформация и модуль упругости.

Таблица 7.3.

Физико-механические характеристики титановольфрамокобальтовых сплавов (ГОСТ 3882—74)

В соответствии с приведенными закономерностями меняются и режущие свойства сплавов: увеличение содержания кобальта приводит к снижению износостойкости сплавов при резании, а с ростом содержания карбида титана (при постоянном объемном содержании кобальта) повышается износостойкость, но одновременно снижается эксплуатационная прочность.