Быстрорежущая сталь – характеристика, маркировка, области применения

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.

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.

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.

Область применения различных марок быстрорежущих сталей

Совокупность видов металлических изделий включает в себя такие формы, как полоса, листовой прокат, круг и квадрат. На практике наиболее часто используется круг. Квадрат предназначен для создания ножей, электрорубанков и токарных резцов. Каждая составляющая сортамента имеет свою специфику, поэтому для надежности следует проконсультироваться со специалистом.

Таким образом, удалось выяснить, что означает быстрорежущая сталь и твердый сплав, какие характеристики и особенности имеет сталь, а также как расшифровать ее маркировку. Область применения марок также была приведена, а более подробную информацию можно получить в профильных компаниях. Они подберут материал с такими качествами, которые окажутся наиболее оптимальными именно для вашей ситуации. Также будут представлены необходимые условия производства и термообработки быстрорежущей стали, которые обеспечат ее высокое качество.