Каково основное достоинство быстрорежущих сталей

Обновлено: 16.05.2024

В настоящее время существует множество различных видов стали. Есть такие металлы, которые входят в отдельную группу HSS. Подобные материалы обычно задействуются для создания разнообразных металлорежущих инструментов. В этой статье расскажем о существующих подвидах HSS-сталей, а также разберемся в сферах их применения.

Общее описание

HSS является обозначением целой группы металлов быстрой резки. Рассматриваемый сплав активно используется во многих производствах, является востребованным. Расшифровка указанной группы материалов – High Speed Steel, что означает в переводе «сталь для работы на высоких скоростях».

Быстрорежущую сталь сегодня производят традиционными методами – посредством залива сплава в слитки. После этого осуществляется прокат подобных заготовок и их проковка. Кроме того, HSS-материалы изготавливаются методом порошковой металлургии. В данном варианте осуществляется распыление стальных струй с азотом.

Рассматриваемые категории металлов относятся к группе высокоуглеродистых. В основном качественный инструментарий, произведенный из HSS-сплава, характеризуется уровнем твердости, который равняется 62-64 HRc. Главное достоинство в сравнении с большинством инструментов твердосплавного вида заключается в неплохих характеристиках прочности, а также более доступной стоимости готовых инструментов высокого качества. Рассматриваемый тип стали замечательно демонстрирует свои характеристики в условиях прерывистой резки.

Сталь, входящая в группу HSS, является высокоуглеродистой. Она характеризуется повышенным содержанием такого химического элемента, как углерод. Некоторые марки такого металла также имеют в своем составе вольфрам в тех или иных пропорциях.

Ограничивать применение HSS может только слишком низкая скорость резания, если сравнивать ее с твердосплавами.

Сегодня из рассматриваемого материала производят множество изделий, среди которых встречаются очень хорошие сверла. Узнаем на примере таких продуктов, чем они первоочередно отличаются от аналогов из твердых сплавов.

Сталь типа HSS возможно получить посредством внесения в углеродистую сталь таких химических элементов, как вольфрам, хром, молибден и так далее. Сырье современных HSS-сверл характеризуется повышенными прочностными характеристиками.

Сплав твердого типа является материалом композитной категории. Он производится в соответствии с порошковой техникой. Структура рассматриваемых металлов складывается из частичек, отличающихся микронными размерами. Главный компонент твердосплавных сплавов – это вольфрамовый карбид. В составе материалов имеются и вспомогательные элементы, такие как карбид титана или тантала.

Современные твердосплавные изделия стоят дороже, нежели экземпляры из HSS-стали, поскольку сама техника их производства оказывается более сложной и затратной.

Характеристики

Обозначим общие характеристики современных металлов, входящих в группу HSS.

Для рассматриваемого сырья характерной является горячая твердость при условии прогрева до 500-600 градусов Цельсия. Современные металлы быстрорежущего типа могут легко сохранять повышенные показатели твердости даже при условии очень сильных перегревов режущей кромки.

Для рассматриваемой стали характерна красностойкость до 4-х часов. Подобная отличительная черта металла свидетельствует о том, что он может в течение 4-х часов выдерживать воздействие повышенных температурных значений, сохраняя на этом фоне нормальную степень жесткости. Кобальт, хром, молибден и вольфрам, а вместе с тем и ванадий, имеющиеся в составе сплавов HSS, способствуют тому, что режущие кромки могут перенести длительный нагрев, достигающий 600 или даже 650 градусов Цельсия.

Материал характеризуется эффективным сопротивлением разрушениям. Современные быстрорежущие разновидности сталей являются стойкими к хрупким видам разрушений режущей кромки. Сверла и прочие продукты из HSS-сплавов могут беспроблемно выдерживать очень большие усилия при резании, а также высокие подачи и внушительные глубины резки.

Существует 3 основных подвида рассматриваемой стали: вольфрамовые, молибденовые и высоколегированные. Каждая из указанных категорий имеет свои отличительные характеристики, а также дополнительные подтипы со своими особенностями.

Вольфрамовые

Вольфрамовая категория HSS-стали известна 4 подтипами металлов – Т1, Т2, Т3, Т15. Присутствие вольфрама в составе указанных сплавов делает инструменты из них красностойкими, за счет чего возможно сохранение твердости и остроты режущих кромочных элементов даже под действием высоких температурных значений.

T1. Сплав характеризуется повышенным уровнем прочности, является стойким к изнашиванию. Чаще всего такой материал используется в производстве качественных сверл и прочего инструментария, применяемого для работ с легированными и углеродистыми подвидами сплавов.

T2. В рассматриваемом сплаве имеет место содержание ванадия в количестве 2%. Из Т2 производят чистовые и получистовые сверла, которые рассчитаны на обрабатывание сырья среднелегированной категории.

Т3. Этот материал может быть задействован в качестве аналога марки Р18К5Ф2. Он предусматривает включение таких химических элементов, как вольфрам – 18%, кобальт – 5% и ванадий – 2%. Инструментарий, созданный из подобного сплава, отличается повышенным уровнем стойкости к износу и жесткости, но характерен сниженной шлифуемостью.

В основном сверла из Т3 задействуют для взаимодействия с заготовками, сделанными из коррозионно-устойчивых и жаростойких металлов.

Т15. В составе сырья этой марки есть вольфрам, ванадий, кобальт. Из него производят качественные рабочие приспособления, отличающиеся достаточной прочностью. Не подвержены быстрому изнашиванию.

Молибденовые

Подобная группа быстрорежущих металлов распространена очень широко. В сплавах молибденового типа тоже предусматриваются такие составляющие, как кобальт и вольфрам.

Те продукты, что могут сохранять максимально высокие показатели твердости по ходу проведения работ на фоне повышенных температур, делают именно из рассматриваемых молибденовых материалов с маркировкой выше М41.

Инструментарий, отличающийся заметной вязкостью ударного типа в условиях пониженных температурных показателей, также создают из сплава с молибденом, но с условием дальнейшей термообработки.

Рассмотрим несколько отдельных марок молибденовых быстрорежущих сплавов.

М1. В этом материале молибден имеется в количестве 8%. Сверла, которые отливают из него, наделяются внушительной гибкостью, легкой переносимостью больших нагрузок.

М2. В содержании указанного сплава присутствуют вольфрам, молибден. Сырье является высокопрочным, теплоустойчивым.

М3. В этом материале имеется 3% ванадия. Приспособления, отлитые из подобного сплава, являются стойкими к шлифовке.

М7. Рассматриваемая марка производится из комбинации ванадия, вольфрама и молибдена. Подходит для производства сверл, заточенных на взаимодействие с твердыми материалами, а также металлами с толстыми стенками.

М35. Материал имеет 5% кобальта, молибдена и вольфрама. А также имеются скромные проценты никеля, марганца и кремния. Главный плюс сырья заключен в том, что он имеет неплохую вязкость, отличную шлифуемость, тепловую стойкость, сопротивляемость изнашиванию.

Высоколегированные

Высоколегированная категория стальных материалов также имеет отношение к молибденовой группе. Металлы, что претерпели особую термическую обработку, зачастую берутся для изготовки инструментов с очень серьезной ударной вязкостью.

Кроме того, инструментарий из высоколегированной режущей HSS-стали может беспроблемно эксплуатироваться на фоне низких температур.

Рассмотрим марки HSS-сталей высоколегированного типа.

М74. Эта марка имеет в своем содержании молибден и кобальт. Материал характеризуется высокой склонностью к утрате углерода и перегреву по ходу закаливания. Кроме того, М74 отличается сниженной шлифуемостью.

М42. Сверла, сделанные из указанного сплава, являются высокостойкими к истиранию. Их возможно смело задействовать для обрабатывания даже самых сложных металлов высокой вязкости.

Условные обозначения и аналоги

Ознакомимся с рядом условных обозначений – опираясь на них, возможно частично определить сырье, из которого произведен тот или иной продукт.

HSS-R. Указанное обозначение есть практически на всех сверлах, которыми был пройден процесс проката роликового типа вместе с термообработкой. Стойкость подобных изделий является самой низкой.

HSS-G (аналог P6M5). Маркировка, проставляемая на приспособлениях, сделанных из рассматриваемых сплавов, где режущая составляющая отшлифована посредством кубического нитрида бора. Изделия повышенной устойчивости, с минимальным биением радикального характера.

HSS-E (аналог P6M5K5). Так обозначаются продукты, сделанные из металла с маркировкой М35, в котором имеется добавленный кобальт. Такие приспособления подойдут для обрабатывания трудных и сильно вязких металлов.

HSS-G TiN. Верхняя часть подобного инструмента покрывается титановым нитридом в виде напыления. Благодаря этому возрастает жесткость поверхностей.

HSS-TiAiN. В инструментарии и приспособлениях из подобных сплавов имеется покрытие из титан-алюминий-нитрида.

HSS-E VaP. Инструменты с этим обозначением обычно задействуются для работы с нержавейкой.

Быстрорежущая сталь: преимущества, типы и покрытия

Если фрезеровщику предложить два аналогичных инструмента – один из твёрдого сплава, а другой из быстрорежущей стали, то большинство не задумываясь выберет первый. Но всё ли так очевидно?

В некоторых случаях быстрорез сослужит вам лучшую службу. Всё зависит от материала, который вы собираетесь обрабатывать.

Да, дороговизна твёрдосплавного инструмента напрямую указывает на его качество. Твёрдый сплав – очень жёсткий и износостойкий материал, но при этом довольно хрупкий. Он крайне чувствителен к вибрациям
и ударам. И в этом его минус. Так что при фрезеровке нержавеющей листовой стали, на шатких машинах, или в случаях, когда жесткость фиксации недостаточно обеспечена, на помощь мастеру приходят фрезы из быстрорежущей стали. Быстрорез не отличается особой долговечностью, но угроза преждевременной поломки в условиях повышенной «тряски» значительно ниже.

Кроме того, фрезы из быстрорежущей стали предпочтительнее использовать в мягких материалах, вроде алюминия. Дело в том, что твёрдый сплав сильно нагревается во время обработки пластичного металла, появляются «наросты» и налипания материала на режущие кромки при формировании деталей. Это ведёт к образованию заусенцев и ухудшению качества обработанных поверхностей. С быстрорезом такого не случится.

Типы быстрорежущей стали

Быстрорез быстрорезу рознь, или не все быстрорежущие стали одинаковы. В зависимости от состава инструмент приобретает различные свойства.

HSS

Маркировкой HSS обозначают в принципе любую быстрорежущую сталь, ведь аббревиатура High Speed Steel так и переводится. Если дополнительных букв в обозначении нет, то речь идет о стали, которая прошла роликовую прокатку и термическую обработку. С точки зрения вязкости она подходит для фрез небольших диаметров.

Быстрорежущая сталь HSS не отличается высокой прочностью и выдерживает нагрузки максимум до 900 МПа. Инструментами из неё можно обрабатывать детали из простых сталей, алюминия и цветных металлов.

HSSE

Буква «E» в маркировке даёт понять, что в состав быстрорежущей стали добавлен кобальт. В первую очередь, инструменты из HSSE-стали подходят для работы со сложными материалами повышенной вязкости.

Быстрорежущую сталь HSSE применяют для изготовления крупнокалиберных инструментов, а также дисковых фрез и фрез, предназначенных для обработки таких тяжелых материалов, как нержавеющая и закалённая сталь.

В зависимости от содержания кобальта и способа производства HSSE-сталь подразделяется на:

HSS Co5

Это высокопроизводительная быстрорежущая сталь, в составе которой содержится 5% кобальта, что повышает её прочность до 1200 МПа.

HSS Co8

Если кобальта в составе в полтора раза больше, то это уже быстрорежущая сталь HSS Co8, где содержится 8% этого металла.

Повышенное содержание кобальта придаёт металлу жаропрочность, что позволяет фрезеровщику задавать более жёсткие режимы резания.

Она подходит главным образом для фрезеровки материалов, обладающих высокой прочностью и других сложно обрабатываемых металлов.

HSSE-PM

«Царица» среди быстрорезов. Этот вид стали производится методами порошковой металлургии, за счёт чего имеет однородную структуру и высокую твёрдость. По сути, это такой промежуточный вариант между быстрорезами и твёрдосплавами. По своей стойкости сталь HSSE-PM вплотную приближается к аналогичным показателям твёрдых сплавов, но при этом имеет более высокую механическую прочность и устойчивость к вибрациям и ударам.

Фрезы, изготовленные из стали HSSE-PM, подойдут для фрезеровки труднообрабатываемых материалов (например, титана и его сплавов) в условиях повышенной вибрации и ударных нагрузках, которые нередко возникают при черновой обработке. А учитывая тот факт, что фрезы из HSSE-PM стандартно поставляются с покрытием из алюминий-титан-нитрида AlTiN, они особо не уступают инструменту, выполненному из твёрдых сплавов. А стоят дешевле!

Несколько слов о покрытиях быстрорежущих фрез

Раз уж мы затронули эту тему, то нельзя не отметить, что жизнь фрез из быстрорежущей стали с покрытием увеличивается в несколько раз. Перечислим наиболее популярные.

TiAlN

Покрытие алюмонитридом титана вы легко узнаете по характерному чёрно-фиолетовому цвету. Оно повышает термостойкость инструмента до 700ºС, а также делает его более устойчивым к коррозийным изменениям.

В процессе работы особо не нагревается, поэтому инструмент с TiAlN-покрытием можно использовать при высокоскоростной обработке даже без применения СОЖ.

Подходит для фрезерования абразивных материалов вроде чугуна и алюминиевых сплавов.

AlTiN

Покрытие нитридом алюмо-титана угольно-чёрного цвета. Оно обладает подобными TiAlN-покрытию свойствами, но более высокой твёрдостью и значительной термостойкость (до 900ºС).

Инструмент с таким типом покрытия пригодится для фрезеровки труднообрабатываемых материалов, например, высокопрочных закалённых сталей. Отличные результаты показывает, главным образом, в комбинации со сталью HSSE-PM, инструмент из которой стандартно покрывается слоем AlTiN.

AlCrN

Для покрытия хромонитридом алюминия характерен серо-синий цвет. Инструмент, покрытый AlCrN, имеет отличные показатели износостойкости и жаропрочности.

Характерной особенностью AlCrN-покрытия является устойчивость к окислению, которое начинается только при температуре выше 1100°C.

Особенности быстрорежущей стали и ее обработка

Быстрорежущая сталь относится к легированным (содержащим примеси) сплавам. Из ее названия понятна основная функция металла. В этой статье мы разберем основные характеристики, свойства, марки и принципы маркировки инструментальной стали.

Специальный сплав для быстрорежущей стали имеет в составе в разных процентных соотношениях в зависимости от марки углерод, хром, вольфрам, молибден, ванадий, кобальт и другие примеси. Благодаря своей структуре он (сплав) хорошо выдерживает термическое воздействие. Поэтому быстрорежущая сталь относится к инструментальным.

Необходимость в получении такого металла особенно остро стояла в середине XIX века. Предыдущие резцы из обычной стали уже не так хорошо справлялись с обработкой материалов из дерева и металлов: они быстро изнашивались, при высоких температурах теряли форму, выдерживали скорость только в 5 м/мин. В 1958 году английские мастера начали опыты и эксперименты. Долгожданный успех был достигнут в Америке спустя 40 лет. Появлению быстрорежущей стали мы обязаны инженерам Тейлору и Уатту.

Первая быстрорежущая сталь стала базой для марки P18. Ее максимальная скорость достигала 18 м/мин. Дальнейшие эксперименты уже других химиков привели к созданию сверхбыстрорежущей стали со скоростью резания 35 м/мин.

Все они привели к тому, что производительность станков по сравнению с вышеописанными английскими версиями выросла в 7 раз.

Характеристики и свойства

Быстрорежущая сталь входит в ГОСТ и имеет множество достоинств. Производители опираются на них при выборе того или иного сплава для внедрения в системы с повышенной производительностью.

К примечательным характеристикам быстрорезов можно отнести ряд факторов.

Твердость. Ее сохранение важно, как правило, только в случаях сильного нагрева, она же именуется «горячей твердостью». Тепло возникает вследствие трения инструмента с другой поверхностью на высокой скорости. Стали другого типа в подобной ситуации подвергаются отпуску, становятся более пластичными и неработоспособными. Быстрорежущая сталь способна выдержать воздействие до 600 градусов Цельсия, тогда как обычная сталь выдерживает только 200 градусов.

Высокая красностойкость (или теплостойкость). Это важный показатель, характеризующий тот временной промежуток, когда сплав, находящийся в нагретом состоянии, не меняет изначальных свойств.

Сопротивление разрушительным процессам. Нагрев сплава – не единственное, о чем беспокоились химики при его создании. Материал, из которого сделан инструмент, по многу раз обрабатывающий поверхности разного характера, должен был быть особо прочным и, как следствие, иметь длительный срок эксплуатации.

Как раз быстрорежущая сталь сочетает в себе такие свойства: она прочна, не крошится и не ломается.

В зависимости от примесей, входящих в состав сплава, различают несколько основных видов быстрорежущей стали.

К ним относят: Р18, Р9, Р6М5, а также стали с более высоким содержанием ванадия и кобальта: Р12ФЗ, Р6М5ФЗ, Р18К5Ф2, Р9К5, Р6М5К5, Р9М4К8 и другие.

Последнюю группу называют высоколегированной конструкционной, сплавы из нее относят к нержавеющим и улучшенным. Из жаропрочных и высокопрочных можно выделить Р6М5, Р18К5Ф2, Р6М5К5, Р12Ф4К5, Р6М5Ф3, Р9М4К8.

Маркировка

Советские и современные марочники стали подразумевают специальные обозначения марок быстрорежущих сталей. Расшифровка их довольно проста. В обозначении каждого сплава впереди ставится буква «Р» (от английского rapid — быстрый). Последующая цифра обозначает содержание вольфрама (буква «В» не указывается) в процентном соотношении к общей массе. Затем буквами «М», «Ф» и «К» обозначается количество молибдена, ванадия и кобальта соответственно. Инструменты из быстрорежущей стали иностранного производства обычно маркируются аббревиатурой HSS (High Speed Steel), а также HSSE (кобальтовая сталь).

Однако некоторые элементы, входящие в состав металла, при маркировке могут не обозначаться. Обычно это либо углерод, содержание которого варьируется от 0,7 до 1,5%, либо хром, от 3 до 4,4%.

Сферы применения

Сплав имеет широкий спектр применения. В зависимости от марки, ее свойств, состава и назначения быстрорежущую сталь применяют в разных областях производства.

В основном это:

режущий и сверлящий инструмент, отрезные резцы, фрезы и метчики;

изготовление съемных режущих кромок;

детали для станков, обрабатывающих металл;

инструменты по отделке металлических изделий, ручная обработка которых затруднена.

Разберем несколько популярных марок и их применение.

Р6М5. Сплав используется в изготовлении некоторых резьбонарезных и просто режущих инструментов. Он также хорошо зарекомендовал себя как довольно бюджетный вид стали с хорошей теплостойкостью.

Р6М5К5. Более сложное соединение, включающее, помимо молибдена, как предыдущий сплав, кобальт, что делает сплав более прочным. Инструменты из такого материала легко поддаются шлифовке и рассчитаны на долгий срок эксплуатации.

Р18. Используется как материал для обработки конструкционной стали, сохраняет свои режущие свойства при максимальных температурах. Это не бюджетный вариант, но ее аналогом выступает сплав Р9.

Р12. Очень похожа на предыдущий вариант, однако содержит меньше карбидов, по этой причине более пластична. Инструменты из нее изготавливают посредством пластической деформации. Все они носят режущее назначение.

Р9К5. Легированная сталь этого типа, как и Р18, необходима для обработки других, более сложных металлов. Среди них: нержавеющие, жаропрочные, сплавы повышенной прочности и другие. По сравнению с Р6М5, Р9К5 служит в 3 раза дольше.

Обработка

Дополнительные действия осуществляются с применением высоких температур. Как результат: изменяется структура материала. Делается это с целью изменения характеристик металла, его физико-механических свойств.

Отжиг

Быстрорежущая сталь, пройдя этапы прокатки и ковки, обладает внутренним напряжением и становится существенно тверже. По этой причине металл нуждается в отжиге. Процесс направлен на снятие внутреннего напряжения, делает металл более податливым в обработке и подготовленным к закалке.

Осуществляется отжиг при температурах от 850 до 900 градусов Цельсия. Более высокие температуры, наравне с неправильной выдержкой, делают сталь, наоборот, более твердой. Сплав быстрорезов характеризуется слабой способностью проводить тепло, поэтому нагрев происходит так, чтобы температура металла повышалась медленно и равномерно.

На машиностроительных заводах заготовки проходят изотермический отжиг. За небольшой промежуток времени их нагревают до 900 градусов, чтобы потом переместить в печь на 2-3 часа, где температура в 720-730 градусов Цельсия доводит материал до окончательного состояния. Появляющиеся внутренние напряжения после термообработки снимают охлаждением в печах с температурой 400-450 градусов, а затем оставляют на открытом воздухе.

Отжиг, происходящий вручную в печи, подразумевает изначальные температуры 200-300 градусов, которые постепенно повышают на 150-200 градусов каждый час. Процесс также завершается охлаждением, сначала в печи при 650 градусах, а потом при комнатных температурах. Единственный значимый минус такого метода состоит в скорости: он занимает больше времени.

А также изделия будут нуждаться в последующей механической обработке, закалке и отпуске.

Закалка

Закаливание происходит при температурах свыше 1300 градусов Цельсия. Для успешного завершения процесса металл многократно проходит отпуск при 550-560 градусах.

После охлаждения на выходе остается высоколегированный мартенсит, содержащий вольфрама, ванадия и хрома в разы больше, чем изначальный сплав. Такая структура (мартенсит) помогает создавать стали, выдерживающие крайние показатели температур (600 градусов).

Подобные показатели высокой красностойкости возможны только при закалке с очень высокими температурами. Важно следить, чтобы весь процесс происходил правильно – в худшем случае при увеличении показателей сталь начнет оплавляться.

Отпуск

Закалка всегда завершается отпуском. В зависимости от целей процесс характеризуется разными временными промежутками в этапах, темпом понижения температур. По этим показателям отпуск различают: низкий, средний и высокий.

Чем ниже отпуск, тем ниже температура охлажденного металла. «Улучшенной» сталью считают ту, что прошла правильный высокий отпуск.

Необходимые температуры: 550-560 градусов (это практически трехкратный низкий отпуск), сопровождают этапы с промежутками по 1 часу. При этом внутри сплава происходит два процесса.

Нагрев и отпуск способствуют выделению карбида в измельченном виде. Структура быстро доходит до мартенсита.

Охлаждение способствует снятию внутреннего напряжения.

Современные производства вынуждены заменить этот тип на ускоренный метод отпуска, происходящий при более высоких температурах.

Улучшение

Всех описанных выше методов по укреплению сплава часто бывает недостаточно, чтобы сталь признали пригодной. Улучшение подразумевает внешнюю обработку готовой детали. Она должна быть предварительно отшлифована, заточена и закалена по необходимости.

Способов существует довольно много, вот некоторые из них.

Азотирование. Деталь помещается в газообразную среду (80% азота и 20% аммиака или 100% аммиака). Длится от 10 до 40 минут при 550-6600 градусах. Метод направлен на укрепление верхних слоев.

Цианирование. Подразумевает насыщение углеродом и азотом. Части погружают в расплав (цианид натрия). Толщина слоя зависит от временного промежутка и температуры проведения процедуры.

Сульфидирование. Примерно также детали помещают в жидкий расплав (сульфид и сера). Время проведения: 45 минут – 3 часа. Температуры: 450-5600 градусов Цельсия.

Быстрорежущая сталь: сферы применения, маркировка

Быстрорежущая сталь применяется для изготовления инструментов для обработки металла, работающих на высокой скорости. Ее важной особенностью, определяющей сферу применения, является сохранение высокой твердости и износостойкости даже при раскаливании до красноты.

Для получения быстрорежущей стали ее легируют вольфрамом, молибденом, кобальтом и ванадием. Затем применяют такие методы, как прокатка и проковка. Подробнее о свойствах быстрорежущей стали, ее видах и использовании читайте в нашем материале.

Основные свойства быстрорежущей стали

К быстрорежущим сталям относятся металлы с большим количеством легирующих компонентов. Разные добавки меняют свойства сплава. Твердые стали производятся с целью их применения в условиях сильного трения, что происходит в момент резания.

Металл состоит из компонентов, которые увеличивают твердость режущей кромки, благодаря чему детали из этого сплава не выходят из строя при повышенных нагрузках.

Свойства быстрорежущей стали:

Высокая твердость. Такая характеристика необходима для использования в обработке металлических компонентов резанием. После многочисленных опытов было доказано, что нагретый до 6000 градусов металл остается работоспособным и не портится. При этом быстрорежущие сплавы обычного качества уступают по твердости углеродистым металлам.
Повышенная стойкость к высокой температуре. Инструмент, который испытывает влияние высокой температуры, должен быть устойчивым и не изменять свои эксплуатационные свойства со временем. При интенсивном трении материал нагревается, и кристаллическая структура быстрорежущих сталей меняется. Это приводит к изменению внешних свойств металла. Сильный нагрев провоцирует увеличение пластичности и снижение твердости. Поверхность инструментов изнашивается с большей скоростью.
Устойчивость к разрушению. Скорость резания инструментов из быстрорежущей стали объясняет необходимость устойчивости к механическому воздействию. Такое изделие должно быть способно действовать при любых условиях.

Таким образом, химические элементы в быстрорежущей инструментальной стали являются определяющими в формировании ее главных свойств.

Область применения различных марок быстрорежущих сталей

В основе долговечного качественного сплава находится правильный химический состав. Свойства, которые проявляет металл при эксплуатации, зависят от тех или иных компонентов. Детали из такого сплава выдерживают значительные нагрузки.

Быстрорежущая сталь подходит для производства маленьких фрез, метчиков, сверл. Инструменты из быстрорежущей стали применяют для обработки конструкционных материалов.

Наличие в сплаве отдельных добавок дает возможность использовать их в узкоспециализированных операциях. Металл с химическим элементом вольфрамом применяется для нарезки резьбы, зубьев инструментов. Добавка кобальта в сплав помогает обрабатывать материалы с большой устойчивостью к коррозии и термическому воздействию. Сплав с ванадием в составе необходим для производства инструментов, участвующих в чистовой обработке заготовок.

Для выполнения сложных работ с металлом сплав должен обладать коррозионной устойчивостью, свойством неизменных параметров и форм, крепостью при воздействии динамических нагрузок.

Методы производства и обработки быстрорежущей стали

Чтобы произвести детали высокого качества, применяют две технологии:

классический способ, предполагающий отлив жидкого сплава в формы и дальнейшую проковку;
метод порошковой металлургии, когда расплавленную сталь распыляют струей азота.

Отличное качество и высокие показатели деталей из твердых металлов можно получить только при использовании классической технологии в производстве инструментов.

Данный способ помогает сократить количество карбидных ликваций в отливе, провести предварительный обжиг и последующую закалку заготовки. При выработке деталей классическим методом исключается образование «нафталинового излома», из-за которого готовый инструмент из быстрорежущей стали становится хрупким, подверженным разлому.

Для укрепления сплава, лучшего растворения легирующих элементов быстрорежущих сталей, увеличения зерен во внутренней структуре готовых изделий проводится их закалка. Процедура увеличивает содержание аустенита на 30 % в быстрорежущих сталях, из-за чего снижается теплопроводность материала и его твердость.

Для сокращения аустенита в металле до незначительного количества применяют два способа:

проведение многократного нагрева детали, воздействие определенной температуры, охлаждение;
снижение температуры детали до 80? перед отпуском.

Улучшение характеристик изделий из быстрорежущей стали

Для улучшения характеристик изделий из быстрорежущей стали, к которым относятся твердость, износоустойчивость, коррозионная неуязвимость, выполняют дополнительную обработку.

Прибегают к следующим способам:

Азотирование, при котором верхние слои металла насыщают азотом. Для обработки требуется газовая среда из азота (80 %) и аммиака (20 %) либо только из аммиака. Перед процедурой необходимо выдержать изделие 10–40 минут при температуре около 550–6600 градусов. Азотирование в газовой среде увеличивает твердость быстрорежущей стали.
Цианирование, предполагающее добавку в верхние слои сплава углерода и азота. Операция происходит с использованием цианида натрия и других солей с таким же анионом. Есть несколько видов процедуры, которая проводится при разной температуре и с различными целями: высоко-, средне- и низкотемпературное цианирование. Толщина слоя на поверхности металла возрастает с увеличением времени проведения воздействия.
Сульфидирование, выполняемое в жидком сульфиде с добавлением соединений серы. Для выполнения операции требуется 45–180 минут. Температура плавления при этом достигает 450–5600 градусов.

Для обработки инструментов из стали используют пар, что улучшает поверхностные качества заготовки. Перед выполнением перечисленных технологий режущая часть оборудования должна пройти заточку, шлифовку и закалку при высокой температуре.

Расшифровка обозначения марок быстрорежущей стали

Впервые быстрорежущий металл для производства инструментов использовали британские инженеры. Изделия из такого сплава применяют для работы с металлами разной твердости, поэтому сталь называется rapidsteel, что переводится как «высокоскоростная». Это свойство и английское выражение послужило основанием для записи типа быстрорежущих сталей и их марок в виде обозначения с буквой «Р».

Маркировка маркировки быстрорежущих сплавов производится в соответствии с ГОСТом, поэтому обозначения легко расшифровать.

После буквы Р указывают цифру, которая означает содержание в металле вольфрама, основного элемента быстрорежущей стали. Также в сплаве содержатся ванадий, молибден и кобальт. Химические элементы записаны в виде букв Ф, М и К. За буквой следует цифра – процент содержания данного компонента в указанном сплаве.

Все стали разделяются на три большие группы. Принадлежность к каждой группе определяется наличием в металле тех или иных элементов, их объема. Расшифровав марку, можно узнать, к какой группе относится сталь.

Есть три категории быстрорежущих сталей:

металлы, в которых количество кобальта до 10 %, вольфрама до 22 %; среди них сплавы марок Р6М5Ф2К8, Р10М4Ф3К10 и прочие;
металлы, в которых количество кобальта не более 5 % и вольфрама до 18 %; к сплавам относятся марки Р9К5, Р18Ф2К5, Р10Ф5К5 и прочие;
металлы, в которых количество кобальта и вольфрама не более 16 %; среди них – марки стали Р9, Р18, Р12, Р6М5 и другие.

Если быстрорежущая сталь имеет в составе большое количество вольфрама, кобальта и ванадия, то образуется карбидная неоднородность, которая впоследствии способствует окрашиванию кромок режущих инструментов из сплава при воздействии механических нагрузок.

Чтобы не допустить появления этого дефекта, в сталь добавляют молибден. Такой металл более однородный, кромки изделий не окрашиваются, и твердость материала одинакова на всех режущих участках.

Марка стали Р18 используется для производства деталей, которые должны обладать повышенными эксплуатационными качествами. За счет внутренней структуры с мелкими зернами сплав показывает отличную износостойкость. Также данная марка отличается от прочих тем, что при термической обработке изделий из быстрорежущих сталей не происходит перегрева. Существенным недостатком материала является высокая цена, из-за чего его нередко заменяют более дешевым аналогом – Р9.

Невысокая цена стали марок Р9 и Р9К5, а также металлов с обозначением Р18, объясняется существенными недостатками, которые присущи этому виду быстрорежущих сплавов. Самым большим минусом материалов является то, что после отжига данные сплавы могут испытывать пластические деформации.

Из сталей марки Р18 нельзя произвести высокоточный инструмент, так как заготовки невозможно обработать и хорошо отшлифовать. Хорошими качествами в отношении прочности и пластичности, состояния в отложенном виде имеет материал с обозначением быстрорежущей стали Р12, свойства которого аналогичны металлу Р18.

Быстрорежущие стали применяют при изготовлении инструментов и оборудования для резки и обработки деталей из металлов при высоких нагрузках и обороте. Такие сплавы должны быть прочными, износостойкими, устойчивыми к нагреву и охлаждению. Все характеристики стали отражает ее маркировка, на которую стоит обращать внимание.

Быстрорежущая сталь

Всевозможных металлов, обладающих разными характеристиками и свойствами, существует на рынке огромное количество. Быстрорежущая сталь относится к инструментальному типу, так как ее используют в производстве режущего инструмента. Она дает возможность разрезать металл на очень больших скоростях и под действием высокой температуры.

Свойства и особые характеристики быстрорезов позволяют применять их для изготовления инструментов повышенной прочности для самого разного использования. Другие особенности этого сплава описаны ниже.

История создания быстрореза

Назначение быстрорежущей стали определилось в ходе исторического процесса. До того как появились быстрорезы, мастерами использовались обычные резцы из стали. Они не так хорошо подходили для обработки деталей из дерева и изделий из цветных металлов. Основная проблема, связанная с обтачиванием таким инструментом, – это медлительность процесса. Также режущая деталь быстро приходит в негодность и достигает высокой температуры.

VT-metall предлагает услуги:

Лазерная резка металла Гибка металла Порошковая покраска металла Сварочные работы

Быстрорежущая сталь стала настоящим открытием для мастеров. Она появилась в 1858 году, когда удалось открыть сплав из вольфрама и марганца. Химические элементы идеально подходили в качестве легирующих. На протяжении XXI века ученые искали варианты с улучшенными характеристиками. Особых успехов удалось достичь именно в прочности материала.

В результате скорость обработки деталей стала в разы больше, как и производительность металлорежущих станков.

В XX столетии самозакаливающимися составами успешно заменили вольфрамовые. В наши дни самыми эффективными считаются безвольфрамовые соединения.

Характеристики быстрорежущих сталей

В результате появляется вопрос о том, какая сталь быстрорежущая? Из всего ее многообразия таковыми можно считать лишь сплавы, в которых содержится много легированных добавок. Разные химические элементы способны значительно изменить свойства металла.

Если говорить об основных качествах стали, это в первую очередь повышение твердости сплава. Такое свойство определяется целью материала – создание условий, при которых металл сможет работать на более высокой скорости. Сталь должна сохранять свои качества даже при сильном трении, которое появляется в процессе резания. Иначе материал будет непригоден для производства.

Другие свойства быстрорежущей стали:

Удержание высокого уровня стойкости даже при большой температуре. Устойчивость объясняется способностью инструмента действовать без изменения характеристик. Любые преобразования могут привести к ухудшению качества результата, поэтому важно сохранять первоначальный баланс. Например, изменения, связанные с кристаллической решеткой, в результате приводят к чрезмерному трению и нагреву металла. Затем твердость материала снижается, а пластичность, наоборот, становится выше. Износ такого инструмента произойдет гораздо быстрее, чем в условиях верной эксплуатации.
Прочность. Твердость быстрорежущей стали связана с ее применением. Часто материал используют для резки заготовок либо обработки деталей. Результаты исследований свидетельствуют о том, что сталь высокого качества сохраняет свои характеристики при температуре до +6 000 °С. Если же качество стали обычное, то твердость будет меньше, чем у любого другого углеродистого металла.
Повышенная устойчивость, за счет которой стальной инструмент трудно разрушить. Для такого металла недопустимы хрупкость и гибкость, так как он работает на достаточно большой скорости. Благодаря устойчивости сталь также можно использовать с высоким показателем подачи. Это приведет к большей глубине резания.

Марки и разновидности быстрорежущей стали

Маркировка быстрорежущей стали крайне разнообразная. С ее помощью можно узнать, в каком соотношении в стали содержатся легирующие элементы. Следовательно, определить назначение и свойства материала также будет несложно.

Если в разновидностях стали оказываются одни и те же легирующие элементы (хром и вольфрам), но в разном количестве, свойства будут заметно отличаться. В ситуации с примесями ванадия, углерода и кобальта маркировка имеет еще большее значение.

Независимо от состава быстрорежущей стали, первой будет стоять буква Р. Именно она и отличает быстрорезы от других видов стали. Далее идет цифра, которая покажет процентное соотношение вольфрама к общему значению. Это главный легирующий элемент, который обязательно присутствует в расшифровке быстрорежущей стали. После него идут другие составляющие, такие как ванадий (Ф), кобальт (К), молибден (М).

Исходя из положений государственного стандарта, количество хрома в маркировке не указывается. Содержание этого легирующего элемента всегда равняется 4 %. Также не отмечается ванадий, если его процентное соотношение меньше 2 %, и молибден, если его меньше 1 %. Так, на изображении ниже показаны быстрорежущая сталь (Р), вольфрам и его процентное содержание (6 %), молибден и его содержание (5 %), а также кобальт и его количество в процентах (5 %). Такие характеристики имеет марка Р6М5К5.

Во многом свойства, а, следовательно, и область применения быстрорежущей стали определяются карбидами тугоплавких металлов и стальной основой, которая их обрамляет.

Цель карбидов молибдена, ванадия и вольфрама – сделать инструмент не быстроизнашиваемым. Стальная основа предназначена для того, чтобы упрочнить инструмент. Такая сталь справится даже с большими нагрузками.

Быстрорежущие инструментальные стали делятся на три группы:

С нормальной теплостойкостью. Они включают в себя соединения из вольфрама или вольфрама и молибдена. Например, быстрорежущая сталь Р6М5, Р9, Р18, Р8М3. Также в группу включаются составы, легированные азотом, который улучшает режущие свойства материала. Главная задача стали этого вида состоит в обработке пластмассы, черных, цветных и конструкционных металлов. Материал входит в состав режущих элементов инструмента.
С повышенной теплостойкостью. Химический состав быстрорежущей стали данной группы имеет свои особенности. В первую очередь, это большее содержание ванадия, кобальта и углерода. Примерами являются марки Р9Ф5, Р9К5, Р10К5Ф2. Цель такого вида стали – обрабатывать конструкционные, закаленные, нержавеющие и устойчивые к высокой температуре металлы.
С высокой теплостойкостью. Количество легирующих добавок будет значительно выше, чем в предыдущих группах, а содержание углерода – ниже. Например, инструментальная быстрорежущая сталь с маркировкой В14М7К25, сталь повышенной производительности В11М7К23. В дальнейшем материал будет использован для резки труднообрабатываемых деталей или сплавов из титана.

Производство быстрорежущих сталей и их обработка

Быстрорежущая сталь создается по одной из двух современных технологий:

классическая, т. е. разливка сплава в формы для слитков, прокатка и проковка;
порошковая, включающая в себя распыление азотом струи жидкого металла.

На практике классический метод применяют чаще. Дело в том, что в нем учитываются все особенности обработки, характерные для быстрорезов. Соблюдаются два правила, которые гарантируют прочность изделия. Первое – избегание в получившемся сплаве карбидной ликвации. Зачастую она происходит из-за некачественной или слишком короткой проковки. Второе – обязательный отжиг перед закалкой. Несоблюдение правил чревато «нафталиновым изломом», который вызывает непрочность изделий.

Сама закалка происходит при оптимальном температурном режиме. Подходящей считается такая температура, которая не провоцирует рост зерна в α-Fe (альфа-железе), но при этом максимально растворяет содержащиеся легирующие примеси.

В структуре закаленной стали до 30 % занимает аустенит. Его задача состоит в том, чтобы уменьшить теплопроводность материала и твердость всего инструмента. В большом количестве аустенит способен навредить, поэтому излишки следует убрать. Существует два метода того, как это можно сделать:

применить низкие температуры, т. е. перед отпуском охладить материал до -80 °С;
использовать неоднократный отпуск, повторив нагрев, выдержку и охлаждение несколько раз подряд.

Процедуры не помогут удалить аустенит в полном объеме, но удалят из быстрорежущей стали большую его часть.

Область использования быстрорежущей стали

Резцы из быстрорежущей стали могут использоваться для разных инструментов. В основном, это сверла и фрезы небольшого размера. С помощью данных инструментов проводят обработку материалов, из которых создают конструкции, детали машин и некоторых сооружений. Область применения способны расширить примеси.

Например, с вольфрамом сталь становится пригодной для нарезания зубьев или резьбы. Инструмент с добавлением ванадия используют для создания приспособлений, способных сделать чистовую обработку материала. С кобальтом можно обрабатывать металл с антикоррозионными и жаропрочными свойствами.

И фрезы, и сверла из быстрорежущей стали должны быть устойчивыми к разным температурам и износу. Но есть и ряд дополнительных требований, которые способны повысить качество стали. В первую очередь это способность сопротивляться коррозии, а также сохранять первоначальные габариты и форму даже при высокой скорости работы.

Не менее важна устойчивость к динамическим нагрузкам. Для марок инструментальной быстрорежущей стали характерно сопротивление высоким температурам от +600 °С до +6 400 °С. Эти параметры позволяют их использовать для создания фрез, метчиков, протяжек, резцов, пил и зенкеров.

Марка быстрорежущей стали	Область применения и основные характеристики марки
Р9	Чаще всего используют с инструментами несложной формы, которая не потребует длительной шлифовки. Также подойдет для конструкционных материалов. Сталь обладает пониженной производительностью шлифования, но при этом более высокой пластичностью в сравнении с другими марками. Характеристика делает ее пригодной для применения метода пластической деформации.
Р18	Данный вид стали имеет высокую технологичность. Благодаря эксплуатационным качествам сфера применения достаточно широкая. Обработке поддадутся почти все виды обычных конструкционных материалов. Шлифуемость на высоком уровне
Р12	Область применения практически такая же, как и в случае с быстрорежущей сталью Р18. Однако производительность шлифовки ниже, чем у Р18
10Р6М5	Пригодна для обработки инструментов режущего характера и работающих с ударными нагрузками. Спектр закалочных температур меньше, чем в случае с Р18. Вероятность обезуглероживания повышенная
Р6М5	Характеристики аналогичны марке 10Р6М5. Отличие состоит в меньшей твердости, но при этом большей прочности
Р6М5Ф3	Шлифуемость невысокая. Используется в обработке разверток, фасонных резцов, конструкционных сталей (при условии среднего режима резания), протяжек, получистовых и чистовых инструментов
Р12Ф3	На средней скорости резания возможна обработка получистовых и чистовых инструментов, а также абразивных материалов. Хорошая альтернатива для марок Р14Ф4 и Р6Ф5, так как шлифуемость выше, а остальные характеристики почти одинаковы
Р9Ф5, Р14Ф4	Шлифуемость невысокая. Используют с инструментами несложной формы, которые не потребуют длительной шлифовки. Отлично покажет себя в обработке абразивных материалов и чистовых инструментов с небольшими сечениями среза
Р9М4К8, Р6М5К5	Марки выдерживают высокие температуры, поэтому подойдут для жаропрочных материалов. Шлифуемость немного пониженная

Почему следует обращаться именно к нам

Мы с уважением относимся ко всем клиентам и одинаково скрупулезно выполняем задания любого объема.

Наши производственные мощности позволяют обрабатывать различные материалы:

цветные металлы;
чугун;
нержавеющую сталь.

При выполнении заказа наши специалисты применяют все известные способы механической обработки металла. Современное оборудование последнего поколения дает возможность добиваться максимального соответствия изначальным чертежам.

Для того чтобы приблизить заготовку к предъявленному заказчиком эскизу, наши специалисты используют универсальное оборудование, предназначенное для ювелирной заточки инструмента для особо сложных операций. В наших производственных цехах металл становится пластичным материалом, из которого можно выполнить любую заготовку.

Преимуществом обращения к нашим специалистам является соблюдение ими ГОСТа и всех технологических нормативов. На каждом этапе работы ведется жесткий контроль качества, поэтому мы гарантируем клиентам добросовестно выполненный продукт.

Благодаря опыту наших мастеров на выходе получается образцовое изделие, отвечающее самым взыскательным требованиям. При этом мы отталкиваемся от мощной материальной базы и ориентируемся на инновационные технологические наработки.

Мы работаем с заказчиками со всех регионов России. Если вы хотите сделать заказ на металлообработку, наши менеджеры готовы выслушать все условия. В случае необходимости клиенту предоставляется бесплатная профильная консультация.

Читайте также: