3.2.2. Легированные инструментальные стали

По своему химическому составу легированные инструментальные стали отличаются от углеродистых повы­шенным содержанием кремния или марганца, или нали­чием одного или нескольких легирующих элементов: хрома (увеличивает твердость, прочность, коррозионную стойкость материала, понижает его пластичность); нике­ля (повышает прочность, пластичность, ударную вязкость, прокаливаемость материала); вольфрама (повышает твердость и теплостойкость материала); ванадия (повышает твердость и прочность материала, способствует образо­ванию мелкозернистой структуры); кобальта (увеличи­вает ударную вязкость и жаропрочность материала); молибдена (повышает упругость, прочность, теплостой­кость материала). Для режущих инструментов исполь­зуются низколегированные стали марок 9ХФ, 11ХФ, 13Х, В2Ф, ХВ4, ХВСГ, ХВГ, 9ХС и др. Эти стали обладают более высокими технологическими свойствами—лучшей закаливаемостью и прокаливаемостью, меньшей склон­ностью к короблению, но теплостойкость их практически равна теплостойкости углеродистых сталей 350...400 °С и поэтому они используются для изготовления ручных инструментов (разверток) или инструментов, предназна­ченных для обработки на станках с низкими скоростями резания (мелкие сверла, развертки).

3.2.3. Быстрорежущие инструментальные стали

Из группы высоколегированных сталей для изготовления режущих инструментов используются быстрорежущие стали с высо­ким содержанием вольфрама, молибдена, кобальта, вана­дия. Современные быстрорежущие стали можно разде­лить на три группы.

К сталям нормальной теплостойкости относятся воль­фрамовые Р18, Р12, Р9 и вольфрамомолибденовые Р6М5, Р6МЗ, Р8МЗ (табл. 3.1). Эти стали имеют твердость в закаленном состоянии 63...66 НRС_э, предел прочности при изгибе 2900...3400 МПа, ударную вязкость 2,7... 4,8 Дж/м² и теплостойкость 600...650 °С. Указанные марки сталей получили наиболее широкое распространение при изготовлении режущих инструментов. Они используются при обработке конструкционных сталей, чугунов, цветных металлов, пластмасс. Иногда применяются быстрорежу­щие стали, дополнительно легированные азотом (Р6АМ5, Р18А и др.), которые являются модификациями обычных быстрорежущих сталей. Легирование азотом повышает режущие свойства инструмента на 20...30 %, твердость – на 1…2 единицы НRС_э.

Таблица 3.1. Некоторые свойства быстрорежущих сталей

нормальной теплостойкости.

Марка стали	г/см3	Твердость		После закалки		Температура, оС		Теплостойкость, оС
		После отжига, НВ	После закалки и отпуска, НRСэ	×103, МПа	105, Дж/м2	Закалки	Отпуска
Р18	8,75	265	63	2,9…3,1	3,0	1270	560	620
Р9	8,3	255	63	3,35	2,0	1220	550	620
Р6М5; Р6АМ5	8,15	255	64	3,3…3,4	4,8	1220	550	620
11Р3АМ3Ф2	7,9	255	63	2,9…3,1	4,5	1200	550	620
Р6М5Ф3	8,15	269	64	-	4,0	1220	550	630
Р12Ф3	8,39	269	64	3,0…3,1	2,7	1250	560	630
Р9К5	8,25	269	64	2,5	0,7	1230	570	630
Р6М5К5	8,15	269	65	3,0	2,75	1230	550	630
Р9М4К8	8,3	285	65	2,5	2,6	1230	550	630

Стали повышенной теплостойкости характеризуются повышенным содержанием углерода – 10Р8МЗ, 10Р6М5; ванадия – Р12Ф4, Р2МЗФ8, Р9Ф5; кобальта – Р18Ф2К5, Р6М5К5, Р9К5, Р9К10, Р9М4К8Ф, 10Р6М5Ф2К8 и др.

Твердость сталей в закаленном состоянии достигает 66...70 НRС_э, они имеют более высокую теплостойкость (до 620...670 °С). Это дает возможность использовать их для обработки жаропрочных и нержавеющих сталей и сплавов, а также конструкционных сталей повышен­ной прочности и закаленных. Период стойкости инстру­ментов из таких сталей в 3…5 раз выше, чем из сталей Р18, Р6М5.

Таблица 3.2. Некоторые составы высокованадиевых сталей.

Марка стали	Химический состав, % (масса)
	С	W	Мо	Сr	V
Р12Ф4	1,27	12	до 1	4,0	4,0
Р6М5Ф3	1,2	5,8	5,0	4,2	3,0
Р6М5Ф4	1,3	5,8	5,0	4,2	4,0

Таблица 9.3. Составы наиболее применяемых кобальтовых

быстрорежущих сталей.

Марка стали	Химический состав, % по массе
	C	W	Mo	Cr	V	Co
1	2	3	4	5	6	7
Р9К5	0,9	9,0	до 1,0	4,0	2,3	5,0
Р9К10	0,9	9,0	до 1,0	4,0	2,3	10,0
1	2	3	4	5	6	7
Р18Ф2К5	0,77	18,0	до 1,0	4,0	1,5	5,0
Р6М5К5	0,88	6,2	5,0	4,0	1,9	5,0
Р6М5К8	0,90	6,2	5,0	4,1	1,9	8,0
Р2М9К8	0,90	1,8	8,6	4,0	2,0	8,2
Р12Ф4К5	1,35	12,2	до 1,0	4,5	4,0	4,8

Стали высокой теплостойкости характеризуются пони­женным содержанием углерода, но весьма большим коли­чеством легирующих элементов – Bl1M7K23, В14М7К25, ЗВ20К20Х4Ф. Они имеют твердость 69...70 HRC_Э, и тепло­стойкость 700....720 °С. Наиболее рациональная область их использования — резание труднообрабатываемых ма­териалов и титановых сплавов. В последнем случае период стойкости инструментов в 30…80 раз выше, чем из стали Р18, и в 8…15 раз выше, чем из твердого сплава ВК8. При резании конструкционных сталей и чугунов период стойкости возрастает менее значительно (в 3…8 раз).

В связи с острым дефицитом вольфрама в СССР и за рубежом разрабатываются безвольфрамовые инструмен­тальные материалы, в том числе быстрорежущие стали.

К таким сталям относятся маловольфрамовые Р2М5, РЗМЗФ4К5. Р2МЗФ8, А11РЗМЗФ2 и безвольфрамовая 11М5Ф (см. табл. 3.1). Эксплуатационные свойства указанных сталей близки к свойствам традиционных быстрорежущих сталей соответствующих групп.

Таблица 3.4. Составы некоторых сталей высокой теплостойкости.

Марка стали	Химический состав, % по массе
	C	W	Mo	Cr	V	Co
В11М7К23	0,1	11,0	7,0	-	0,5	23,0
В14М7К25	0,1	14,0	7,0	-	0,5	25,0

Перспективным направлением в повышении качества быстрорежущих сталей является получение их методами порошковой металлургии. Стали Р6М5К5-П (П — по­рошковая), Р9М4К8-П, Р12МЗФЗК10-П и другие имеют очень однородную мелкозернистую структуру, хорошо шлифуются, меньше деформируются при термообработке, отличаются стабильностью эксплуатационных свойств. Период стойкости режущих инструментов из таких ста­лей возрастает до 1,5 раза. Наряду с порошковыми бы­строрежущими сталями хорошо зарекомендовали себя так называемые карбидостали, содержащие до 20 % TiC, которые по служебным характеристикам занимают про­межуточное место между быстрорежущими сталями и твердыми сплавами.