Деление сталей на инструментальные и конструкционные является очень условным и относится к области применения того или иного сплава. Инструментальные стали отличаются от конструкционных более высокой прочностью, износостойкостью и устойчивостью к коррозии. В зависимости от назначения стального изделия к исходному материалу могут предъявляться еще более жесткие требования. Стальной инструмент должен выдерживать значительные динамические нагрузки, сохранять стабильную форму и размеры. При этом инструментальные стали используются для изготовления ходовых винтов, подшипников качения, шестерен и других деталей, испытывающих сильные нагрузки во время эксплуатации или работающие под нагревом. Аналогично, некоторые инструменты изготавливаются из сталей, традиционно относящихся к конструкционным.
Быстрорежущие стали
Быстрорежущие стали (рапиды, быстрорезы) относятся к инструментальным сталям специального назначения. Для всех инструментальных сталей характерны высокая твердость в холодном и горячем состоянии и высокое сопротивление пластической деформации. У быстрорежущих сталей комплекс характеристик дополнен красностойкостью – сохранением свойств при разогревании инструмента до температуры близкой к 600 º С, что важно для обработки твердых металлов резанием на высокой скорости. Красностойкость и горячую прочность стали придают легирующие карбидообразующие добавки: кобальт, вольфрам, ванадий и молибден. Твердость быстрорежущей стали в готовых изделиях HRC 63-66, для резания труднообрабатываемых материалов – HRC 66-69.
Быстрорежущие стали относятся к ледебуритным сталям, которые приобретают высокую износостойкость и твердость в процессе мартенситного превращения во время закалки. При высокотемпературном отпуске происходит дисперсионное твердение, обусловленное выделением упрочняющей фазы, состоящей из карбидов вольфрама, ванадия, молибдена.
Эксплуатационные характеристики инструмента определяются не только твердостью стали. Мелкий режущий инструмент часто выходит из строя до наступления соответствующего износа, то есть, для инструментальной стали важны такие характеристики как прочность и вязкость. Под прочностью подразумевается способность противостоять крутящему или изгибающему моменту, вязкость характеризует сопротивление разрушению под действием ударной нагрузки. Применение инструмента из высокопрочной стали дает возможность резание металла с большей подачей и обработку сплавов большей прочности. Сочетание высокой прочности и вязкости быстрорежущей стали предотвращает образование трещин, выкрашивание и поломку инструмента.
Прочность и вязкость стали имеют особо важное значение для инструментов, используемых при прерывистом точении, а также тонколезвийных и инструментов сложной формы.
Маркировка быстрорежущих сталей
Быстрорежущие стали были изобретены в Англии, где получили название rapid steel. В СССР была принята особая система обозначений, начинающаяся с буквы «Р» - сокращение от «рапид». Первая цифра в маркировке обозначает процентное содержание вольфрама в сплаве и не сопровождается буквенным обозначением. То есть, стали Р18, Р12, Р9 относятся к вольфрамовым. Буквами Ф, К, М, присутствующими в маркировке обозначают ванадий, кобальт и молибден соответственно. По химическому составу различают вольфрамомолибденовые, ванадиевые, кобальтовые стали. Быстрорежущая сталь иностранного производства обозначается аббревиатурой HSS (High Speed Steel).
Применение быстрорежущих сталей
Кобальтовые и ванадиевые быстрорежущие стали применяются для обработки конструкционных сталей при повышенных режимах резания, а также жаростойких, нержавеющих и высокопрочных сталей.
Инструменты из кобальтовых сталей применяются для обработки жаропрочных и коррозионно-стойких сталей, а также других труднообрабатываемых сплавов, подходят для эксплуатации в условиях недостаточного охлаждения, прерывистого резания и вибраций. Область применения быстрорежущих ванадиевых сталей – изготовление инструментов, предназначенных для чистовой обработки труднообрабатываемых металлов (разверток, протяжек и т.д.)
Быстрорежущая сталь Р18
Сплав содержит 18% вольфрама, относительно хорошо шлифуется. Твердость инструмента после термической обработки - HRC 62-65, красностойкость 600ºС. Присутствие избытка карбидной фазы придает стали мелкозернистую структуру, увеличивает износостойкость изделий, уменьшает чувствительность к перегреву. Быстрорез Р18 используется для изготовления долбяков, шеверов, сверл, фрез, метчиков, разверток. Основной недостаток вольфрамовых сталей – значительная карбидная неоднородность, приобретающая критическое значение в изделиях большого сечения. Карбидная неоднородность уменьшает стойкость инструмента и приводит к выкрашиванию режущих кромок.
Быстрорежущая сталь Р6М5
Быстрорежущие стали с высоким содержанием вольфрама в последнее время вытесняются сложнолегированными сплавами в которых вольфрам частично заменен молибденом. Таким образом заметно уменьшается карбидная неоднородность металла, что повышает прочность инструмента и его устойчивость к ударным нагрузкам. Среди типичных представителей группы вольфрамомолибденовых сталей – стали Р6М5 и Р6М3.
Технологические качества стали Р6М5 близки к таковым стали Р18, то есть эти сплавы являются взаимозаменяемыми. В ряде случаев применение стали Р5М6 более предпочтительно, в частности, при изготовлении крупногабаритных инструментов. Благодаря высокой прочности, технологичности и стойкости сталь Р6М5 на данный момент является наиболее востребованной из сталей высокой продуктивности.
В сортамент быстрорежущей стали входят:
- Круг;
- Квадрат:
- Лист;
- Полоса.
Круги из быстрорежущей стали используется для изготовления сверл, лерок, пил, метчиков и других режущих инструментов. Квадраты применяются реже, в основном для производства токарных резцов и ножей для электрорубанков.
