Технология производства и потребительские свойства прутков и полос из быстрорежущей стали

2. Красностойкость

Если горячая твердость  характеризует то, какую температуру сталь может выдержать, то красностойкость характеризует, сколько времени сталь будет выдерживать такую температуру. То есть насколько длительное времязакаленная и отпущенная сталь будет сопротивляться разупрочнению при разогреве.

Существует несколько характеристик красностойкости. Приведем две из них.

Первая характеристика показывает, какую твердость будет иметь сталь после отпуска при определенной температуре в течение заданного времени.

Второй способ охарактеризовать красностойкость основан на том, что интенсивность снижения горячей твердости можно измерить не только при высокой температуре, но и при комнатной так как кривые снижения твердости при высокой температуре и комнатной идут эквидистантно, а измерить твердость при комнатной температуре, разумеется, гораздо проще, чем при высокой. Опытами установлено, что режущие свойства теряются при твердости 50 HRC при температуре резания, что соответствует примерно 58 HRC при комнатной. Отсюда красностойкость характеризуется температурой отпуска, при которой за 4 часа твердость снижается до 58 HRC (обозначение K4р58).

3. Сопротивление разрушению

Кроме «горячих» свойств от материала  для режущего инструмента требуются  и высокие механические свойства; под этим подразумевается сопротивление хрупкому разрушению, так как при высокой твердости (более 60 HRC) разрушение всегда происходит по хрупкому механизму. Прочность таких высокотвердых материалов обычно определяют как сопротивление разрушению при изгибе призматических, не надрезанных образцов, при статическом (медленном) и динамическом (быстром) нагружении. Чем выше прочность, тем большее усилие может выдержать рабочая часть инструмента, тем большую подачу и глубину резания можно применить, и это увеличивает производительность процесса резания.

Химический состав быстрорежущих сталей приведен в таблице 3.2:

Таблица 3.2. Химический состав некоторых быстрорежущих сталей

Марка стали	C	Cr	W	Mo	V	Co
Р0М2Ф3	1,10—1,25	3,8—4,6	—	2,3—2,9	2,6—3,3	—
Р6М5	0,82—0,90	3,8—4,4	5,5—6,5	4,8—5,3	1,7—2,1	< 0,50
Р6М5Ф2К8	0,95—1,05	3,8—4,4	5,5—6,6	4,6—5,2	1,8—2,4	7,5—8,5
Р9	0,85—0,95	3,8—4,4	8,5—10,0	< 1,0	2,0—2,6	—
Р18	0,73—0,83	3,8—4,4	17,0—18,5	< 1,0	1,0—1,4	< 0,50

Пример обозначение  стали: быстрорежущая сталь (Р), следующая  далее цифра — в десятых долях процента содержание вольфрама,  легированная кобальтом или молибденом (К и М соответственно).

4. ТЕХНОЛОГИЯ  ПРОИЗВОДСТВА ОПИСЫВАЕМОГО ТОВАРА  И ЕЕ ТЕХНИКО-ЭКОНОМИЧЕСКАЯ ОЦЕНКА

Быстрорежущие стали  изготавливают как классическим способом (разливка стали в слитки, прокатка и проковка), так и методами порошковой металлургии (распыление струи жидкой стали азотом). Качество быстрорежущей стали в значительной степени определяется степенью ее прокованности. При недостаточной проковке изготовленной классическим способом стали наблюдается карбидная ликвация.

Высокую твердость и  теплостойкость при удовлетворительной прочности и вязкости инструменты из быстрорежущих сталей приобретают после закалки и многократного отпуска.

Закалка. При нагреве под закалку необходимо обеспечить максимальное растворение в аустените труднорастворимых карбидов вольфрама, молибдена и ванадия. Такая структура увеличивает прокаливаемость и позволяет получить после закалки высоколегированный мартенсит с высокой теплостойкостью. Поэтому температура закалки очень высокая и составляет 1200–1300 °С (см. табл. 4.1.).

Таблица 4.1. Оптимальные режимы термообработки основных марок быстрорежущих сталей

Марка стали	Твердость НВ в состоянии поставки (не более)	Закалка	Отпуск					Свойства после окончательной  термообработки
		Тз, °С	Тотп, °С		Твердость HRCЭ			s изг, МПа		KCU, Дж/см2	Теплостойкость, °С (HRCЭ 58)
Стали нормальной производительности
Р9	255	1 230–1260	560		62–65			2800–3100		30–35	620
Р18	255	1270–1290	560		62–65			2700–3000		28–30	620
Р6М5	255	1200–1230	540–560		63–64			3200–3600		38–40	620
Р8М3*	255	1220–1240	560		63–64			3100–3300		35–38	625
11Р3АМ3Ф2	255	1180–1210	540–580		63–64			3400–3800		32–40	620
Стали повышенной производительности
Р12Ф3	269	1230–1270	550–570	63–65			2500–2900		25–28		630
Р9К5	269	1220–1250	550–570	64–65			2300–2700		22–30		630
Р6М5Ф3	269	1200–1240	540–560	63–66			2700–3100		20–25		625
Р6М5К5	269	1210–1240	550–570	65–66			2600–2900		24–28		630
Стали высокой производительности
Р12Ф4К5	285	1230–1260	550–560	66–67		2600–2700			20–22		640
Р9М4К8	285	1210–1240	550–560	66–68		2300–2500			18–20		640
Р2АМ9К5	285	1190–1220	550–560	66–68		1600–1900			20–22		635
В11М7К23	330	1290–1320	580–600	68–70		2300–2600			10–12		720
В4М12К23	321	1290–1320	580–600	68–69		2400–2700			13–15		720

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 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. 4.2.

Рис. 4.2 Режимы термической обработки инструмента из стали Р18: 

а) закалка и трехкратный отпуск; б) закалка, обработка холодом, отпуск

 

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.

 

 

 

 

 

 

 

Блок схема 4.3. Принципиальная блок-схема процесса производства изучаемой продукции.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

5. НОРМАТИВНО-ТЕХНИЧЕСКИЕ ДОКУМЕНТЫ НА ОПИСЫВАЕМЫЙ ТОВАР, НОРМИРУЕМЫЕ ПОКАЗАТЕЛИ КАЧЕСТВА В СООТВЕТСТВИИ С ТРЕБОВАНИЯМИ НОРМАТИВНОТЕХНИЧЕСКОЙ ДОКУМЕНТАЦИИ.

Для изготовления прутков и полос из быстрорежущей  стали используется ГОСТ 19265-73. Данный стандарт распространяется на горячекатаные, кованные, калиброванные прутки и полосы, прутки со специальной отделкой поверхности (далее – металлопродукция), в части норм химического состава – на лист, ленту, поковки, штамповки и другие виды металлопродукции из быстрорежущей стали.

Марки и химический состав по плавочному анализу должны соответствовать указанным в  табл. 5.1:

Таблица 5.1. Соответствие требованиям по химическому составу

 

 

 

 

 

При этом в готовой продукции допускаются отклонения по химическому составу, указанные в табл. 5.2.

Таблица 5.2. Допустимые отклонения готовой продукции по химическому составу

Технические требования

Твердость стали  в отожженном состоянии, твердость  образцов после закалки и отпуска, температура закалки и отпуска должны соответствовать значениям, указанным в табл. 5.3:

Таблица 5.3. Соответствие твердости

По требованию потребителя сталь марок Р12Ф3, Р9К5, Р6М5Ф3, Р6М5К5 изготавливают с  твердостью, не превышающей 255 НВ (диаметр  отпечатка не менее 3,8 мм), сталь марок Р18К5Ф2, Р9М4К8 – с твердостью, не превышающей 269 НВ (диаметр отпечатка не менее 3,7 мм).

В макроструктуре стали не допускаются: подусадочная рыхлость, расслоение, пузыри, включения  и трещины.

Допускаются дефекты  макроструктуры, не превышающие значений, указанных в табл. 5.4

Таблица 5.4. Допустимые дефекты макроструктуры

Карбидная неоднородность не должна превышать значений, приведенных  в табл. 5.5.

Таблица 5.5. Допустимые значения карбидной неоднородности

Карбидная неоднородность полосы должна соответствовать карбидной неоднородности квадратного профиля с равновеликой площадью поперечного сечения.

В прутках со специальной отделкой поверхности  марок Р6М5, Р6М5Ф3, 11РЗАМ3Ф2, Р9К5, Р6М5К5, Р2АМ9К5 скопление «угловатых» карбидов не допускаются. Допускаются единичные «угловатые» карбиды, встречающиеся в отдельных полях зрения.

Глубина обезуглероженного  слоя горячекатаной, кованой и калиброванной  сталей не должна превышать на сторону:

- 0,3 мм плюс 2% от диаметра или толщины – для диаметров или толщин до 20 мм;

- 0,5 мм плюс 1% от диаметра или толщины – для диаметров или толщин  свыше 20 мм;

На прутках  со специальной отделкой поверхности  обезуглероженный слой не допускается.

Концы прутков  и полос должны быть ровно обрезаны или обрублены, без заусенцев и стружки.

Длина смятых концов не должна превышать:

- 1,5 диаметра или толщины – для металлопродукции диаметром или толщиной до 10мм;

- 40 мм – для металлопродукции диаметром или толщиной свыше 10 до 60 мм;

- 60 мм – для металлопродукции диаметром или толщиной свыше 60 мм.

На поверхности  прутков и полос подгруппы а не должно быть раскатанных пузырей, загрязнений, трещин напряжения и шлифовочных, закатов и заковов, прокатных плен. Дефекты должны быть удалены пологой вырубкой или зачисткой, глубина которой не должна превышать допуска на размер. Допускаются без зачистки отдельные мелкие риски, рябизна, отьпечатки и другие дефекты механического происхождения глубиной, не превышающей половины допуска на размер.

На поверхности  прутков и полос подгруппы б допускаются дефекты, если глубина их, определенная контрольной запиловкой, не превышает норм, глубины обезуглероженного слоя.

Поверхность калиброванной  стали должна соответствовать требованиям  ГОСТ 1051-73, стали со специальной отделкой поверхности – группам В, Г, Д ГОСТ 14955-77. Группа отделки поверхности должна указываться в заказе.

Величина зерна  аустенита стали после закалки  должна соответствовать указанной  в табл. 5.6.

Таблица 5.6. Показатели величины зерна аустенита

 

 

 

 

6. КОНТРОЛЬ КАЧЕСТВА ТОВАРА. ТРЕБОВАНИЯ НОРМАТИВНО-ТЕХНИЧЕСКИХ ДОКУМЕНТОВ НА ПРАВИЛА ПРИЕМКИ. ХРАНЕНИЯ, ИСПЫТАНИЯ И ЭКСПЛУАТАЦИИ ТОВАРА

Правила приемки.

Металлопродукцию  принимают партиями.

Партия должна состоять из металлопродукции одной  плавки, одной группы, одного размера, одной подгруппы и одинакового режима термической обработки.

Каждая партия сопровождается документом о качестве в соответствии с требованиями ГОСТ 7566-94.

Качество поверхности  проверяют на всех прутках и полосах  партии.

Для проверки химического состава отбирают одну пробу от плавки, от партии прутков или полос – один пруток или полосу.

Для проверки размеров – 10% прутков, полос от партии, но не менее 5 шт.

Для контроля твердости  отожженной стали:

для металлопродукции диаметром или толщиной до 30 мм отбирают 2 прутка или 2 полосы от 1 т., но не менее восьми прутков или полос от партии; для металлопродукции диаметром или толщиной свыше 30 мм – 15% прутков от партии, но не менее пяти штук или две полосы от 1 т., но не менее пяти полос от партии.