Сплав для режущих материалов

 

Для предотвращения образования  трещин и деформации инструмента  из–за низкой теплопроводности сталей нагрев под закалку проводят с  одним или двумя подогревами  в расплавленных солях: первый —  при 400–500 °С, второй — при 800–850 °С. Окончательный нагрев также проводят в соляной ванне (BaCl₂) c очень малой выдержкой при Т_з: 10–12 с на 1мм толщины инструмента из сталей типа «Р» и 30–60 с для сталей типа В11М7К23. Это позволяет избежать роста аустенитного зерна (не крупнее № 10), окисления и обезуглероживания.

Инструменты простой формы закаливают в масле, а сложной — в растворах  солей (KNO₃) при 250–400 °С.

После закалки структура быстрорежущей стали (Рисунок 3) состоит из высоколегированного мартенсита, содержащего 0,3–0,4 % С, не растворенных при нагреве избыточных карбидов, и около 20–30 % остаточного аустенита. Последний снижает твердость, режущие свойства инструмента, ухудшает шлифуемость, и его присутствие нежелательно.

Отпуск. При многократном отпуске из остаточного аустенита выделяются дисперсные карбиды, легированность аустенита уменьшается, и он претерпевает мартенситное превращение. Обычно применяют трехкратный отпуск при 550–570 °С в течение 45–60 мин. Режим термической обработки инструмента из быстрорежущей стали Р18 приведен на рис. 3. Число отпусков может быть сокращено при обработке холодом после закалки, в результате которой уменьшается содержание остаточного аустенита. Обработке холодом подвергают инструменты сравнительно простой формы. Твердость после закалки HRC_Э 62–63, а после отпуска она увеличивается до HRC_Э 63–65.

Поверхностная обработка. Для дальнейшего повышения твердости, износостойкости и коррозионной стойкости поверхностного слоя режущих инструментов применяют такие технологические операции, как цианирование, азотирование, сульфидирование, обработку паром и другие технологии поверхностного упрочнения. Их выполняют после окончательной термообработки, шлифования и заточки инструментов.

 

Рис. 3. Режимы термической обработки инструмента из стали Р18: а) закалка и трехкратный отпуск; б) закалка, обработка холодом, отпуск

 

Цианирование осуществляют при 550–570 °С в течение 5–30 мин в жидких средах и 1,5–3,0 ч в газовой атмосфере. Для жидкостного цианирования используют ванны с расплавами NaCN (90 или 50 %), Na₂CO₃ , NaOH (KOH). Газовое цианирование выполняют в смеси аммиака и науглероживающего газа.

Азотирование инструментов проводится при 550–660 °С продолжительностью 10–40 мин в атмосфере аммиака. Проводят также газовое азотирование в смеси 20 % аммиака и 80 % азота; последнее предпочтительней, так как в этом случае обеспечивается меньшая хрупкость слоя.

Сульфидирование проводят при 450–560 °С, продолжительностью от 45 мин до 3,0 ч в жидких расплавах, например 17 % NaCl, 25 % BaCl₂, 38 % CaCl₂, 3–4 % K₄Fe(CN)₆, в которые добавляют серосодержащие соединения FeS, Na₂SO₄, KCNS.

При обработке паром инструменты  помещают в герметичную печь и  выдерживают при 300–350 °С под давлением 1–3 МПа в течение 20–30 мин для удаления воздуха. Затем температура повышается до 550–570 °С, проводится выдержка 30–60 мин, охлаждение в атмосфере пара до 300–350 °С, после чего подача пара прекращается. Заканчивается охлаждение в печи или на воздухе, затем инструмент немедленно подвергают промывке в горячем веретенном масле.

5 Порошковые быстрорежущие стали

 

Использование порошковых сталей при  производстве инструментов (химический состав порошковых сталей дан в табл. 4), позволяет, в отличие от быстрорежущих  сталей традиционного производства:

1) получить мелкозернистую структуру  с равномерным распределением  дисперсных карбидов при отсутствии  макро- и микроликвации и шлаковых включений;

2) повысить технологическую пластичность, что особенно важно для высокоуглеродистых  сложнолегированных сталей;

3) существенно уменьшить влияние  масштабного фактора на прочность,  вязкость и тем самым обеспечить  более высокий уровень механических  свойств в заготовках крупных  сечений по сравнению с металлом, полученным по традиционной технологии;

4) значительно улучшить шлифуемость  (в том числе сталей, содержащих 3–6 % ванадия и более) и увеличить надежность работы инструментов вследствие уменьшения вероятности образования дефектов типа прижогов и микротрещин при заточке;

5) повысить стойкость инструментов  в 1,5–3 раза.

Порошковая быстрорежущая сталь  в силу указанных отличий обладает более высокой теплостойкостью, износостойкостью и технологичностью.

Порошковая технология. Исходная шихта, состоящая из порошка или тонко измельченной стружки быстрорежущей стали, подвергается холодной формовке и последующему твердофазному спеканию заготовок. Спекание производят при 1180 °С [1] в вакууме в течение 3–5 ч. Для уменьшения пористости заготовки подвергают горячей штамповке или прессованию. После этого заготовки подвергаются полному отжигу в защитной среде. Твердость после отжига составляет 269–285 НВ в зависимости от марки стали.

Термическая обработка порошковых быстрорежущих сталей несколько отличается от полученных по традиционной технологии. После механической обработки инструмент, в первую очередь сложной формы и крупногабаритный, целесообразно подвергать отжигу для снятия напряжений (680–720 °С). Последующая закалка и трехкратный отпуск проводят по такой же технологии, как для обычных быстрорежущих сталей. Режимы термической обработки и механические свойства порошковых быстрорежущих сталей приведены в табл. 5.

 

Таблица 4 - Марки и химический состав (масс. %) порошковых быстрорежущих сталей  (ГОСТ 28393–89)

Марка стали	Углерода	Кремния	Марганца	Хрома	Вольфрама	Ванадия	Кобальта	Молибдена
		не  более
Р6М5Ф3-МП	1,25–1,35	0,60	0,50	3,80–4,30	5,70–6,70	3,10–3,70	<0,50	5,50–6,00
Р7М2Ф6-МП	1,65–1,75	0,60	0,50	3,80–4,30	6,50–7,50	5,60–6,20	< 0,50	1,80–2,30
Р12МФ5-МП	1,45–1,55	0,60	0,50	3,80–4,30	11,50–12,50	4,00–4,60	< 0,50	1,00–1,50
Р6М5К5-МП	1,02–1,09	0,60	0,50	3,80–4,30	6,00–7,00	1,70–2,20	4,80–5,30	4,80–5,30
Р9М4К8-МП	1,10–1,20	0,60	0,50	3,00–3,60	8,50–9,50	2,30–2,70	7,50–8,50	3,80–4,30
Р12М3К5Ф2-МП	1,05–1,15	0,60	0,50	3,80–4,30	11,50–12,50	1,80–2,30	5,00–5,50	2,5–3,00

 

Таблица 5 Режимы термической обработки и основные свойства порошковых быстрорежущих сталей

Марка стали	Твердость НВ в состоянии поставки,  не более	TЗ, °C	Tотп, °С	HRCЭ, не менее	s изг, МПа	Теплостойкость, °С (HRCЭ 58)
Р6М5Ф3-МП	269	1190–1210	540–560	65	3500–4400	630
Р6М5К5-МП	269	1190–1210	540–560	66	3000–3800	630
Р12МФ5-МП	285	1200–1230	560–570	65	3000–4000	635
Р7М2Ф6-МП	269	1190–1210	540–560	64	3500–4200	630
Р9М4К8-МП	285	1200–1220	550–570	66	3000–3700	635
Р12М3К5Ф2-МП	285	1200–1230	560–570	66	2600–3500	635

 

6 Экономические показатели

Относительные  данные, по легирующим элементам используемые для получение качественного сплава быстрорежущих сталей  по ценам представлены в таблице 6.

Таблица 6 – Основные цены на добавки сплава

Название элемента	Марка	Цена за тонну т/руб
Хром металлический	Х99	580000
Вольфрам брикеты	-	1500000
Ванадий	Вэл-1	150000
Кобальт	К1	1100000
Молибден брикеты	-	1450000

  Выбранный состав сплава:

Таблица 7 – Выбранный состав сплава

Углерод

Хром

Вольфрам

Ванадий

Кобальт

Молибден

Азот

Ниобий

0,95–1,05

3,80–4,30

5,70–6,70

2,30–2,70

< 0,50

4,80–5,30

–

–

 

Приведу пример некоторых  марок быстро режущих сталей:

Таблица 8 – Марки быстро рыщущих сталей

Марка стали	Углерода	Кремния	Марганца	Хрома	Вольфрама	Ванадия	Кобальта	Молибдена
		не  более
Р6М5Ф3-МП	1,25–1,35	0,60	0,50	3,80–4,30	5,70–6,70	3,10–3,70	<0,50	5,50–6,00
Р7М2Ф6-МП	1,65–1,75	0,60	0,50	3,80–4,30	6,50–7,50	5,60–6,20	< 0,50	1,80–2,30
Р12МФ5-МП	1,45–1,55	0,60	0,50	3,80–4,30	11,50–12,50	4,00–4,60	< 0,50	1,00–1,50
Р6М5К5-МП	1,02–1,09	0,60	0,50	3,80–4,30	6,00–7,00	1,70–2,20	4,80–5,30	4,80–5,30
Р9М4К8-МП	1,10–1,20	0,60	0,50	3,00–3,60	8,50–9,50	2,30–2,70	7,50–8,50	3,80–4,30
Р12М3К5Ф2-МП	1,05–1,15	0,60	0,50	3,80–4,30	11,50–12,50	1,80–2,30	5,00–5,50	2,5–3,00

 

По приведенным составам сплавов, можно сделать выход, что данный сплав весьма экономичен.

  

 

Список использованной литературы

 

1. www.infogeo.ru/metalls

2. Технология конструкционных материалов. под ред. д-ра техн. наук проф. А. М. Дальского. Москва, изд. «Машиностроение» 1958.

3. Гуляев А. П. Металловедение. Учебник для втузов. 6-е изд., перераб. и доп. М.: Металлургия, 1986. 544 с.