Свойства широкоприменяемых быстрорежущих сталей

В сталях с 1,5…2,0% V часть атомов вольфрама в карбидах Ме_хС заменена атомами ванадия, что позволяет уменьшить содержание вольфрама (от 18 до 12%) при содержании углерода 0,7%. При этом такие стали «сбалансированы» на карбид Ме_хС.

«Сбалансированности фазового состава» на карбид типа Ме_хС отвечают также стали с содержанием 12% молибдена (рис. 11.2). Последнее означает, что по влиянию на фазовый состав 1% молибдена эквивалентен примерно 1,5% вольфрама.

Таким образом, при содержании в стали 1,5…2,0% ванадия «сбалансиро­ванная» на карбид Ме_хС сталь по содержанию вольфрама и молибдена должна соответствовать соотношению: W + (1,4 … 1,5)Мо = 12 … 14%.

В силу вышеизложенного, наибольшее распространение в мировой практи­ке производства быстрорежущей стали получили марки со следующим со­отношением вольфрама и молибдена: 8 % W - 9 % Мо, 7% W - 4 % Мо, 6 % W - 5 % Мо, 2 % W - 8 % Мо, 1% W - 9 % Мо.

При выборе марок стали для конкретного применения следует учитывать, что вольфрамомолибденовые стали обладают повышенной вязкостью, однако, более чувствительны к обезуглероживанию и имеют более узкий интервал оп­тимальных закалочных температур.

Повышение износостойкости и теплостойкости быстрорежущих сталей дос­тигается дополнительным легированием составов ванадием и кобальтом с соответствующим изменением содержания углерода.

При легировании 2,5 … 5% W и увеличением содержания на каждые 1% W 0,2% С в стали образуется повышенное количество карбида Ме_хС, который практически не растворяется при нагреве под закалку. Наличие в стали после закалки и отпуска ванадиевых карбидов этого типа обеспечивает изготов­ленному из нее инструменту повышенную износостойкость.

Рис. 1.2. Влияние содежания кобальта и вольфрама на те­плопроводность l, теплостойкость Q* и предел прочности при изгибе s_и сталей с 4% Сг; 1,2-1,9% V и 0,8-0,85% С

Повышенная теплостойкость таких сталей связана с тем, что часть вана­дия, входящего в карбид Ме_хС, при нагреве под закалку переходит в твердый раствор. Максимальная растворимость ванадия в карбидах Ме_хС в составах с содержанием W-1,5Mo = 12-14%.

Стали этой группы нашли наиболее широкое применение в России и мире (табл. 1.4). Наиболее распространенной маркой этой группы является сталь Р6М5ФЗ.

Наряду с высокой износостойкостью, ванадиевые стали обладают плохой шлифуемостью из-за присутствия карбидов ванадия, так как твердость по­следних не уступает твердости зерен шлифовального круга.

Введение кобальта в состав быстрорежущих сталей наиболее значительно повышает их твердость и теплостойкость (до 640…650°С).

Таблица 1.4 Некоторые составы высокованадиевых сталей

Кобальт не является карбидообразующим элементом, поэтому его введе­ние приводит к увеличению температуры g > a превращений, повышается химическая активность углерода, вольфрама и молибдена в феррите, что является причиной образования увеличенного количества дисперсных частиц, выполняющих роль фазовых упрочнителей при отпуске. Кроме того, повышается теплопроводность стали, так как кобальт является единственным легирующим элементом, приводящим к такому эффекту.

Влияние кобальта на свойства быстрорежущей стали становится заметным при его введении в сталь в количестве около 5% (см. рис. 1.2). В связи с ука­занным, типичные концентрации кобальта 5…8 и реже 10…12%.

Наиболее распространенные кобальтовые стали, включенные в стандарты различных стран, представлены в табл. 1.5.

Наряду с большими достоинствами по износостойкости, твердости, тепло­стойкости и теплопроводности, кобальтовые стали имеют ряд существенных недостатков. Среди них относительно низкая пластичность, высокая склон­ность к обезуглероживанию, в процессе нагрева под горячую деформацию и закалку, сниженная прочность при изгибе. Последний параметр сильно за­висит также и от других легирующих элементов. В частности, большей проч­ностью обладают кобальтовые стали Р2М9К8 (а_и=3150…3350 МПа) и Р6М5К5 (s_и=2800 МПа), легированные молибденом, меньшей прочностью обладают вольфрамовые стали типа Р12Ф4К5 (s_и=2000 МПа).

Исследования показали, что повышением относительного содержания уг­лерода и корректировкой пределов содержания легирующих элементов можно повысить служебные свойства кобальтосодержащих быстрорежущих сталей без их существенного удорожания. В результате была создана группа сталей (М41-М47 стандарта США), называемых «сверхбыстрорежущими». Широкое внедрение сталей этой группы оказалось возможным благодаря созданию современного оборудования для нагрева под горячую пластическую деформа­цию и термическую обработку, так как стали этой группы имеют более узкий интервал температур горячей обработки. К сталям этой группы можно отнести достаточно хорошо применяемые в промышленности стран СНГ марки Р12МЗФ2К5, Р12МЗФ2К8, Р12МЗФЗК10, Р9МЗК6С, Р6М5К5 и ряд других.

Таблица 1.5

Дата добавления: 2014-01-20