ВЛИЯНИЕ ЛЕГИРУЮЩИХ ДОБАВОК КОБАЛЬТА, ВАНАДИЯ, МОЛИБДЕНА И ВОЛЬФРАМА НА СВОЙСТВА БЫСТРОРЕЖУЩЕЙ СТАЛИ
МАТЕРИАЛЫ ДЛЯ ПРОИЗВОДСТВА РЕЖУЩИХ ИНСТРУМЕНТОВ
Начало формы
Конец формы
Режущие инструменты чаще всего производят в виде сборных или составных изделий, у которых часть изготовлена из конструкционной стали (корпус) и из режущего материала, который является инструментальным материалом (рабочая часть). Для оптимального подбора режущего инструмента по его характеристикам для наилучшей производительности необходимо обращать внимание на показатели твёрдости, прочности, износостойкости, красностойкости и жаростойкости, ударной вязкости, термодинамической и циклической прочности, теплоёмкости, теплопроводности, малое сродство с обрабатываемым материалом. Рабочая часть режущего инструмента не должна содержать редких и дорогостоящих материалов и легко обрабатываться.
В настоящее время наука находится на таком уровне развития, при котором ещё нет материала для режущего инструмента, который бы идеально подходил для работы с любыми материалами и отвечал бы всем вышеперечисленным требованиям. Но не всё так плохо, инструментальные материалы уже достаточно хорошо изучены и сгруппированы по назначению и характеристикам, среди которых можно выделить:
· синтезированные твердые минералы - кубический нитрид бора;
· естественные твёрдые минералы - рубин, сапфир, алмаз;
· минералокерамические составы;
· твёрдые сплавы;
· дисперсионно-твердеющие инструментальные сплавы;
|
|
|
· быстрорежущие стали;
· легированная сталь;
· углеродистая сталь.
ИНСТРУМЕНТАЛЬНЫЕ СТАЛИ И СПЛАВЫ
Углеродистая режущая сталь. Первым материалом для производства режущего инструмента применяли углеродистую режущую сталь, это материал известен уже давно, хорошо изучен и представляет собой следующие марки стали: У9А, У10А, У12А и У13А, число в которых указывает на десятые доли % углерода в его составе. Материал закаливается до показателя твёрдости 61 - 63 HRC. Механическая прочность режущего инструмента из этого материала достаточно высока, но этот материал имеет минимальный ресурс работы из всех известных инструментальных сталей и сплавов в связи с его низкой теплостойкостью и износостойкостью.
Низколегированные инструментальные стали - это углеродистая инструментальная сталь с невысоким содержанием (до 1%) легирующих добавок, таких как: ванадий, кремний, вольфрам, марганец, хром. Данный режущий материал имеет соответствующую маркировку, например: Х6ВФ, 95ХГСВФ, 9ХС, ХВГ. Указанные марки являются также самыми широкоприменяемыми из этой группы и закалены до твёрдости в 65 HRC. Повышенная износостойкость, по сравнению с обычными углеродистыми сталями, и столь же низкая теплостойкость в 250-350 °С - не позволяет обрабатывать твёрдые материалы и сплавы. Данные характеристики позволяют производить стандартные ручные и машинные инструменты для не отвественных и невысокоточных работ, для обработки материалов на низкой скорости и малых нагрузках. Преимуществом является низкая стоимость изготовления режущего материала из углеродистых и низколегированных углеродистых сталей.
|
|
|
Высоколегированная инструментальная сталь - изготовленная на основе высокоуглеродистой быстрорежущая сталь с содержанием углерода (С) 0,7-1,4% со значительным содержанием карбидов (карбид хрома, карбид молибдена, карбид ванадия, карбид вольфрама) - это значительно повышает теплостойкость материала (до 670 °С), повышает прочность инструмента и износостойкость. Эти характеристики позволяют увеличить скорость обработки в 2-4 раза по сравнению с предыдущими материалами в этой группе (УС и НЛИС). Ниже мы приводим сгруппированный список высоколегированных инструментальных сталей в хронологическом порядке появившихся в инструментальной промышленности с описанием их характеристик:
· Р9 и Р18 - марки быстрорежущей инструментальной стали, которые впервые появились в производстве. Химический состав быстрорежущей стали Р9 - 0,8% углерода, 4% хрома, 9% вольфрама, 2% ванадия. Химический состав быстрорежущей стали Р18 - 0,8% углерода, 4% хрома, 18% вольфрама, 1% ванадия. Обладают одинаково высокой теплостойкостью. Повышенная в 2 раза износостойкость быстрорежущей стали Р18 по сравнению с Р9 из-за более высокого содержания свободных карбидов (примерно в 3 раза). Р18 значительно лучше шлифуется, чем Р9, и меньше "прижигается"*. В виду всех этих преимуществ и положительных качеств уже давно принято считать быстрорежущую сталь Р18 эталоном, в сравнении с которой оценивают другие марки режущего материала этой группы.
|
|
|
· В попытках сократить расход дорогостоящего вольфрама и повысить режущие свойства режущего инструмента учёные и инженеры отечественных НИИ разработали множество марок молибденовых режущих сталей: Р9М4, Р6М5, Р6М3; кобальтовых режущих сталей: Р9К10, Р9К5; ванадиевых режущих сталей: Р18Ф2, Р14Ф4, Р12Ф3, Р9Ф5; и быстрорежущих сталей с комбинацией легирующих добавок: Р18Ф2К5, Р12Ф2М3К8, Р12Ф4К5, Р6М5К5. Эти марки быстрорежущих сталей, всего их более 40 видов, подразделяются по производительности и теплостойкости на группы: нормальная, повышенная и высокая:
|
|
|
· Режущая сталь с нормальной теплостойкостью - это инструментальная сталь с содержанием вольфрама Р9, Р12 и Р18, а также современные их аналоги - Р6М5 (импортный аналог - HSS), Р6М3.
· Режущая сталь с повышенной теплостойкостью - это инструментальная сталь с содержанием 2% молибдена, от 2% до 4% вольфрама с 6% - 8% ванадия или 9% - 10% вольфрама с 4% - 5% ванадия. В эту группу также включены стали с легирующими добавками в виде 5% кобальта, 3,5% - 4% ванадия и ≤ 12% вольфрама. А также стали с 6% - 8% кобальта, 1,5% - 2% ванадия и ≤ 10% вольфрама. Примеры - Р6М5К5 (HSS Co), Р6М5К8, Р9К5.
· Режущая сталь с высокой теплостойкостью - это высоколегированная углеродистая сталь, содержащит ≥ 12% кобальта, ≤ 18% вольфрама и ≤ 3,5% ванадия. В некоторых марках долю вольфрама уменьшают ≤ 14%, путём введения дополнительного количества молибдена.
Все инструменты для работы на станках в основном изготавливают из быстрорежущих сталей. Технологи и руководители металлообрабатывающих организаций обязаны разбираться в марках быстрорежущей стали, их характеристиках и свойствах легирующих добавок, поскольку эти данные позволят им обоснованно подойти к выбору марки быстрорежущей стали, которая будет оптимальной для конкретных условий работы и обрабатываемого материала. Этот выбор можно сделать только на основании технологических и эксплуатационных свойствах, обусловленных легирующими добавками входящими в состав быстрорежущих сталей.
ВЛИЯНИЕ ЛЕГИРУЮЩИХ ДОБАВОК КОБАЛЬТА, ВАНАДИЯ, МОЛИБДЕНА И ВОЛЬФРАМА НА СВОЙСТВА БЫСТРОРЕЖУЩЕЙ СТАЛИ
· Вольфрам - является легирующей добавкой и придаёт быстрорежущей стали теплостойкость, повышает износостойкость и значительно повышает твёрдость. Принимаемая за эталон быстрорежущая сталь Р18 с содержанием 18% вольфрама в свободной форме отлично закаливается и шлифуется. Высокая теплостойкость (≤620°С) по отношению углеродистым и низколегированным углеродистым сталям обусловлена высоким содержанием вольфрама. Вольфрам незначительно снижает прочность и теплопроводность. Сталь Р18 менее пластична, чем Р9 и Р12. Высокая карбидная неоднородность (карбидные ликвации у неё несколько больше), поэтому она менее пластична, чем те же Р9 и Р12 и сложнее обрабатывается под давлением в нагретом состоянии.
· Молибден - легирующая добавка для быстрорежущей стали с более выраженными характеристиками, чем у вольфрама. Содержание молибдена в стали снижают в 1,5 раза в сравнении с вольфрамом, сохраняя при этом тот же уровень теплостойкости. Сталь с содержанием молибдена в горячем состоянии более пластична, чем с вольфрамом, её легче обрабатывать на прессовом и кузнечном оборудовании. Кроме этого, молибден значительно повышает теплопроводность (отвод тепла из рабочей зоны). Повышенная прочность в сталях с содержанием молибдена ≤5%. Карбидная неоднородность в сталях с молибденом меньше, увеличивается интервал температур закалки. Минусом является обезуглероживание при нагревании перед закаливанием.
· Ванадий - легирующая добавка для быстрорежущей стали, наделяющая её повышенной твёрдостью (≤ 67 HRC), повышает теплостойкость (≤ 635 °С). Несколько отрицательно воздействует на такие показатели как хрупкость, прочность и теплопроводность. Ванадий в стали ухудшает шлифуемость из склонности этих сталей к прижогам*, которая зависит от концентрации карбидов ванадия, поскольку они имеют малую теплопроводность и твёрже основного состава стали, чем больше ванадия - тем хуже в этом смысле.
· Кобальт - как легирующая добавка в быстрорежущей стали образует в её составе мелкодисперсные интерметаллиды, а не карбиды как с хромом, молибденом, ванадием и вольфрамом, что увеличивает теплостойкость до 670 °С и твёрдость до 65 HRC. Кобальт значительно повышает теплопроводность, превосходя по этому показателю молибден. Быстрорежущая сталь с кобальтом, например Р6М5К5 (импортный аналог - HSS-Co), шлифуется лучше, чем ванадиевые стали. Несмотря на эти положительные характеристики, кобальт снижает прочность и повышает хрупкость, высокая карбидно-интерметаллидная неоднородность. Кроме того, кобальтовые свёрла дороже свёрл Р18 практически на 100%.
Применение режущего инструмента из сталей с повышенной и высокой теплостойкостью рационально только при работе на повышенных скоростях и обработке труднообрабатываемых материалов, посколько только в этом случае можно получить преимущество за счет более быстрой скорости обработки (в 3-4 раза более быстро), чем инструментами из быстрорежущих сталей нормальной теплостойкости. Стали нормальной теплостойкости имеют ряд преимуществ - низкая цена, более высокая прочность, легче обрабатываются. Очень важно учитывать профессионализм и оснащение производственной площадки всем необходимым инструментом для выполнения работ и заточки. В случае, если нарушаются рекомендации по закалке, отпуску, заточке и шлифования, то преимущества таких сталей не будут реализованы, кроме того инструмент будет испорчен (характеристики инструмента станут хуже, чем у инструмента из режущей стали с нормальной теплопроводностью) и возрастут расходы.
Дополнительно режущие свойства стали могут быть повышены добавлением в их состав азота в количестве 0,06% - 0,09%. Маркируется она очень просто, ставится буква А, например: Р6М5 - Р6АМ5 (АР6М5), АР18, АР12. Введение в состав быстрорежущей стали азота повышает на 1-2 HRC твёрдость и увеличивает режущие свойства на 20% - 30%.
Применение технологии порошковой металлургии в производстве режущих инструментов существенно увеличивает свойства быстрорежущих сталей. Процесс заключается в прессовании из порошка, прокатом и в конце процесса - ковка заготовки (упрочнение и придание формы). Данная технология позволяет получить режущую сталь более однородную по своей структуре, уменьшить деформацию при термобработке и улучшить износостойкость инструмента до 2-х раз.
Поскольку вольфрам имеет ограниченные запасы на Земле и при этом процесс получения вольфрама достаточно дорогостоящий, то в мире, как впрочем и в нашей стране, начали разрабатывать безвольфрамовые марки режущей стали, такие как: ЭК-42, ЭК-41, 11М5Ф и тд. Эти марки режущей стали по своим характеристикам аналогичны марке Р6М5.
Относительно недавно появились безуглеродные высоколегиронанные сплавы (дисперсионно-твердеющие ДТС) с содержанием углерода до 0,06%, например: В16М4К16Х4Н2, ЗВ20К20Х4, Р10М5К25, Р18М7К25, Р18МЗК25. Дисперсионное твердение данных сплавов во время закалки и отпуска приводит к повышению твёрдости до 69 HRC и теплостойкости ≤ 720 °С. Имеющие высокую прочность ≤2000 Н/мм2 режущие инструменты, изготовленные из этого материала, используются для работы с труднообрабатываемыми материалами, при это скорость резания возрастает в 1,5-2 раза в сравнении с быстрорежущей сталью Р18. Экономически нецелесообразно инструментами изготовленными из ДТС обрабатывать углеродистые и умеренно легированные конструкционные материалы, поскольку они имеют высокую стоимость и при обработке обычных материалов их свойства проявляются на уровне Р18Ф2 и Р9К5, не более.
Дата добавления: 2021-01-20; просмотров: 657; Мы поможем в написании вашей работы! |
Мы поможем в написании ваших работ!