Быстрорежущих инструментальных сталей (ГОСТ 19265-73)

Марка стали	Твердость HRCЭ, не менее	Область применения
Р18		Легированные конструкционные стали.
Р6М5		Легированные конструкционные стали.
Р9К5		Чистовая и получистовая обработка углеродистых и легированных конструкционных сталей.
Р6М5Ф3		Чистовая и получистовая обработка углеродистых и легированных конструкционных сталей.
Р6М5К5		Чистовая и получистовая обработка улучшеных легированных и нержавеющих сталей.
Р12Ф3		Чистовая обработка вязкой аустенитной стали и материалов, обладающих абразивными свойствами.

Современные быстрорежущие стали можно разде­лить на четыре группы.

Стали нормальной теплостойкости. К ним относятся воль­фрамовые Р18, Р12, Р9 и вольфрамомолибденовые Р6М5, Р6МЗ, Р8МЗ (табл. 1.5). 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 1.5. Некоторые свойства быстрорежущих сталей

Нормальной теплостойкости.

Марка стали	ρ, г/см3	Твердость	После закалки	Температура, С	Теплостойкость, оС
После отжига, НВ	После закалки и отпуска, НRСэ	, МПа	105, Дж/м2	Закалки	Отпуска
Р18	8,75			2,9…3,1	3,0
Р9	8,3			3,35	2,0
Р6М5; Р6АМ5	8,15			3,3…3,4	4,8
11Р3АМ3Ф2	7,9			2,9…3,1	4,5
Р6М5Ф3	8,15			-	4,0
Р12Ф3	8,39			3,0…3,1	2,7
Р9К5	8,25			2,5	0,7
Р6М5К5	8,15			3,0	2,75
Р9М4К8	8,3			2,5	2,6

Стали повышенной теплостойкости характеризуются повышенным содержанием углерода — 10Р8МЗ, 10Р6М5; ванадия — Р12ФЗ, 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 1.6. Некоторые составы высокованадиевых сталей.

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

Таблица 1.7. Составы наиболее применяемых кобальтовых

Быстрорежущих сталей.

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

 

Таблица 1.8. Составы некоторых сталей высокой теплостойкости.

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

 

Безвольфрамовыестали

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. Эксплуатационные свойства указанных сталей близки к свойствам традиционных быстрорежущих сталей соответствующих групп.

В последние годы нашли применение безвольфрамовыестали М6Ф1, М6Ф3, М5Ф1С, М5Ф1С4 и др.

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.

 

ТВЕРДЫЕ СПЛАВЫ

Твердые сплавы представляют собой сплавы карбидов тугоплавких металлов с кобальтом, являющимся своеобразной связкой. Твердые сплавы обладают высокой твердостью, износостойкостью и теплостойкостью до 1000 °С. При этом они обладают меньшей ударной вязкостью и теплопроводностью по сравнению с быстрорежущими сталями. Твердые сплавы выпускают в виде пластинок различных форм и размеров, получаемых методом порошковой металлургии.

Промышленностью выпускаются три группы вольфрамовых твердых сплавов (ГОСТ 3882–74): ВК – вольфрамовые, ТК – титановольфрамовые и ТТК – титанотанталовольфрамовые. Кроме того, существует еще группа безвольфрамовых твердых сплавов на основе карбидов и карбонитридов титана с добавками молибдена, никеля и других тугоплавких металлов.

Однокарбидные вольфрамокобальтовые сплавы производят на базе карбида вольфрама и называют вольфрамовыми (группа ВК). В марках ВК2,..., ВК30 буква К обозначает кобальт Co, цифра показывает его содержание в процентах, остальное – карбид вольфрама WC.

Пример расшифровки сплава ВК8: 8% Co + 92% WC.

Сплавы этой группы наиболее прочные. С увеличением содержания кобальта повышается сопротивление сплава ударным нагрузкам, но уменьшается его износостойкость. Применяются однокарбидные сплавы для обработки чугуна, цветных металлов и их сплавов и неметаллических материалов точением, фрезерованием и т. п. Предельная теплостойкость этих материалов определяется началом интенсивного окисления карбидов, т. е. температурой 950…1000 °С.

Двухкарбидные титановольфрамокобальтовые твердые сплавы содержат карбиды вольфрама, и титана и называются титановольфрамовыми (группа ТК). В марках Т5К10, Т14К8, Т15К6, Т30К4 цифры после буквы Т показывают процентное содержание карбида титана TiC, буква К – Co, цифра после буквы К – содержание кобальта в %, остальное – WC.

Пример расшифровки сплава Т15К6: 15% TiC + 6% Co + 79% WC.

Таблица 1.9. Физико-механические характеристики