Быстрорежущие инструментальные стали

Марки быстрорежущих сталей приведены в ГОСТ 19265–83. Быстрорежущие стали допускают большую (примерно в 2…3 раза) скорость резания по сравнению с легированными сталями. Из них изготавливают около 70 % лез­вийных инструментов.

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: на стали нормальной теплостой­кости (Р9, Р12, Р18, Р6М3, Р6М5) и стали повышенной теплостойко­сти (Р9К5, Р9К10, Р12Ф3, Р10Ф5К5, Р18Ф2К5, Р6М5К5, Р9М4К8).

К сталям нормальной теплостойкости относятся вольфрамовые Р18, Р12, Р9 и вольфрамомолибденовые Р6М5, Р6М3, Р8М3. Эти стали имеют твердость в закаленном состоянии 63...66 НRС, 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.

Быстрорежущие стали этой группы отличаются в основном процентным содержанием) W, V, Мо. Их износостойкость в 2 ра­за, а теплостойкость в 3 раза выше, чем у углеродистых инструменталь­ных сталей.

Сталь Р9 рекомендуется применять для изготовления инструментов достаточно простой конфигурации из-за плохой шлифуемости. Стали Р12 и Р18 – для изготовления сложных и ответственных инструментов, таких как фасонные резцы, резьбообрабатывающие инструменты и зуборезный инструмент, а также протяжки и развертки.

Однако стали Р9, Р12 и Р18 имеют ограниченное применение из-за дефицита вольфрама. Поэтому в последние годы созданы быстрорежущие стали Р6М3 и Р6М5. В настоящее время производство стали Р6М5 составляет около 75 % общего выпуска быстрорежущих сталей.

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.

Быстрорежущие стали повышенной теплостойкости можно разделить на вольфрамокобальтовые, вольфрамованадиевые, вольфрамокобальтованадиевые и вольфрамокобальтомолибденовые.

Вольфрамокобальтовые (Р9К5, Р9К10) имеют более высокую теплостойкость (630...640 °С) и твердость после термообработки 64…67 НRС, их режущие свойства выше режущих свойств стали Р18. Одна­ко они имеют ряд недостатков и дороже Р18. Их рекомендуется применять при обработке жаропрочных и коррозионных сталей при достаточной жесткости системы станок­­–приспособление–инстру­мент–деталь.

Вольфрамованадиевые стали (Р12Ф3, Р9Ф5, Р18Ф2 и др.) более износостойкие и прочные, чем вольфрамовые и вольфрамомолибденовые. Теплостойкость их – порядка 620…630 °С.

Вольфрамокобальтованадиевые стали (Р10Ф5К5, Р18Ф2К5 и др.) по своим режущим свойствам не уступают вольфрамокобальтовым сталям и имеют большую прочность и износостойкость. Стали эти характеризуются повышенным содержанием углерода – 10Р8М3, 10Р6М5; ванадия – Р12Ф3, Р2М3Ф8, Р9Ф5; кобальта – Р18Ф2К5, Р6М5К5, Р9К5, Р9К10, Р9М4К8Ф, 10Р6М5Ф2К8 и др.

Твердость сталей в закаленном состоянии достигает 66...70 НRС, 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.

Вольфрамокобальтомолибденовые стали (Р6М5К5, Р9М4К8 и др.) созданы для замены высоковольфрамовых быстрорежущих ста­лей. По твердости они не уступают вольфрамокобальтовым сталям, теплостойкость немного ниже, а прочность выше, поэтому они более универсальны, чем вольфрамомолибденовые. Эти стали приме­няются для изготовления режущего инструмента, для обработки жа­ропрочных и коррозионно-стойких сталей.

Для повышения режущих свойств быстрорежущих сталей в настоящее время используют дополнительные виды обработки, например, применение химико-термической обработки, обработка инстру­мента в магнитном поле, поверхностного пластического упрочнения, а также нанесение покрытий из карбида титана ТiС. Эти дополнительные виды обработки позволяют в несколько раз повысить стойкость инструмента.

Стали высокой теплостойкости характеризуются пониженным содержанием углерода, но весьма большим количеством легирующих элементов – Bl1M7К23, В14М7К25, 3В20К20Х4Ф. Они имеют твердость 69...70 HRC 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 инструментов из стали Р18, и в 8…15 раз выше, чем инструментов 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 России и за рубежом разрабатываются безвольфрамовые инструмен­тальные материалы, в том числе быстрорежущие стали. К таким сталям относятся маловольфрамовые Р2М5, Р3М3Ф4К5, Р2М3Ф8, А11РЗМ3Ф2 и безвольфрамовая 11М5Ф. Эксплуатационные свойства указанных сталей близки к свойствам традиционных быстрорежущих сталей соответствующих групп.

Перспективным направлением в повышении качества быстрорежущих сталей является получение их методами порошковой металлургии. Стали Р6М5К5-П (П – порошковая), Р9М4К8-П, Р12М3Ф3К10-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.