Стали повышенной теплостойкости

Более высокая теплостойкость сталей этой группы достигается за счет повышения содержания углерода до 1%, ванадия до 3...4%, дополнительного легирования кобальтом (или совместно этими компонентами).

Наиболее распространенной высокоуглеродистой является сталь марки 10Р6М5 (1% С), отличающейся от Р6М5 только повышенным на 0,2% ОГЛАВЛЕНИЕм углерода. Увеличение содержания углерода способствует получению высокой твердости – до 65...66 HRC и повышенной теплостойкости – Кр58 = 630 °С. Прочность и вязкость стали при этом, естественно, несколько снижаются (на 10...15% по сравнению с Р6М5). Сталь содержит более устойчивый остаточный аустенит, для его превращения требуется трехкратный (а не двукратный, как для Р6М5) отпуск.

Основное преимущество – высокая твердость – делает рациональным применение высокоуглеродистых сталей для инструмента, стойкость которого лимитирует размерный износ. Этот инструмент обеспечивает точность обработки своими размерами (развертки, зенкера, метчики). Целесообразно использование этих сталей также при обработке улучшенных конструкционных сталей с повышенной твердостью – 260...300 НВ.

Высокованадиевые стали обладают повышенной износостойкостью, так как в их структуре содержится повышенное количество карбида ванадия (VC), обладающего высокой твердостью. Вместе с гем его наличие значительно ухудшает шлифуемость сталей, поэтому ОГЛАВЛЕНИЕ ванадия в сталях ограничено и не превышает 4% – стали Р12ФЗ, Р6М5ФЗ. При увеличении в стали содержания ванадия для образования его карбида необходимо повышать и ОГЛАВЛЕНИЕ углерода (-0,2% С на 1% V). Высокованадиевые стали имеют повышенные твердость – 65...66 HRC и теплостойкость – Кр58 = 630 °С. Стали целесообразно использовать при обработке материалов, обладающих абразивными свойствами, т.е. повышенной изнашивающей способностью.

Кобальтовые стали. Кобальт является самым дорогим компонентом быстрорежущих сталей, поэтому кобальтовые стали – это стали специального назначения. Их используют для резания труднообрабатываемых материалов, например жаропрочных и нержавеющих сталей, титановых сплавов.

Эти стали можно разделить на две принципиально различные группы – стали с карбидным и интерметаллидным упрочнением.

Стали с карбидным упрочнением. Влияние кобальта на структуру и свойства таких сталей отлично от остальных легирующих компонентов, поскольку он не является карбидообразующим компонентом. Кобальт присутствует в твердом растворе, повышая его легированность. При этом также уменьшается диффузионная способность углерода и тем самым замедляется разупрочнение мартенсита при нагреве. Следствием является повышение теплостойкости. Обогащение твердого раствора кобальтом уменьшает растворимость вольфрама и молибдена в мартенсите, что способствует интенсификации дисперсионного твердения и приводит к росту твердости.

Кобальтовые стали отличаются высокой твердостью (до 67...70 HRC) и теплостойкостью (Кр58 = 645...650 °С). Эти свойства заметно выше, чем у высокоуглеродистых и высокованадиевых быстрорежущих сталей повышенной теплостойкости, и позволяют реально повысить скорости резания при использовании инструментов, изготовленных из кобальтовых сталей.

Положительное влияние кобальта начинает сказываться при его содержании нс менее 5%. Вместе с тем введение кобальта в быстрорежущие стали заметно снижает прочность (σизг стали Р6М5К5 ~ 2500 МПа, т.е. примерно на 30% ниже, чем у стали Р6М5). Увеличение содержания кобальта сверх 5% приводит к дальнейшему снижению прочности, поэтому его предельное ОГЛАВЛЕНИЕ в сталях не превышает 10%.

Кобальт вводится в композиции на основе сталей нормальной теплостойкости (стали Р9К5, Р6М5К5), высокоуглеродистых (Р9М4К8Ф) и высокованадиевых (Р12Ф4К5). Кобальтовые стали используют для резания труднообрабатываемых материалов или материалов с удовлетворительной обрабатываемостью, но при высоких скоростях резания.

Стали Р9К5 и Р6М5К5 применяют при обработке сталей обычной обрабатываемости, но с повышенными (до 60...70 м/мин) скоростями резания.

Сталь Р9М4К8Ф с повышенным ОГЛАВЛЕНИЕм углерода (1,0...1,1%) обладает весьма высокой твердостью – до 70 HRC. Инструментом из этой стали можно выполнять обработку материалов с твердостью 40...45 HRC и более.

Сталь Р12Ф4К5 с высоким ОГЛАВЛЕНИЕм ванадия сочетает высокие износостойкость и теплостойкость, ее применение рационально при обработке жаропрочных и нержавеющих сталей и сплавов.

Технологические особенности: наиболее заметно влияние кобальта па технологичность при термической обработке – он повышает склонность к обезуглероживанию при нагреве.

Стали с интерметаллидным упрочнением. Упрочняющей фазой этих быстрорежущих сталей является интерметаллидная – Co7(W,Mo)6, а не карбидная, как у сталей, рассмотренных выше.

Это стали с высоким ОГЛАВЛЕНИЕм кобальта, необходимого для образования упрочняющей фазы, они не содержат (или содержат очень малое количество) углерода.

Теплостойкость сталей с интерметаллидным упрочнением значительно выше, чем у всех рассмотренных ранее сталей с карбидным упрочнением, – до 720 °С. Твердость сталей после закалки (1260... 1280 °С) и отпуска (580...600 °С) очень высокая – 68...70 HRC. Прочность таких сталей пониженная (σизг = 2200...2400 МПа).

Одна из наиболее удачных композиций – сталь В11М7К23 (11% W, 7% Мо, 23% Со, остальное – Fe).

По свойствам (твердость, теплостойкость, прочность) стали с интерметаллидным упрочнением занимают практически промежуточное положение между быстрорежущими сталями и твердыми сплавами (см. 9.2.4).

Стоимость сталей высока, поэтому они являются не универсальными, а специальными сталями. Наиболее рациональная область применения инструмента из этих сталей – обработка труднообрабатываемых материалов, и в частности титановых сплавов. Технологические особенности: стали технологичны при термической обработке: основной недостаток – низкая обрабатываемость резанием из-за высокой твердости в отожженном состоянии – не менее 32...36 HRC.