Быстрорежущие стали. Быстрорежущие стали предназначены для изготовления инструмен­тов (резцов, сверл, фрез), работающих при высоких скоростях резания

Быстрорежущие стали предназначены для изготовления инструмен­тов (резцов, сверл, фрез), работающих при высоких скоростях резания. Те­плостойкость быстрорежущих сталей составляет 500° - 600° С.

На рис. 1 показано, что твердость углеродистой инструментальной стали начинает быстро падать при нагреве свыше 200° С. У быстрорежу­щей стали высокая твердость сохраняется при нагреве до 500°- 600 С. По­этому инструмент из быстрорежущей стали более производителен, чем ин­струмент из углеродистой стали. Еще большую производительность можно достигнуть используя инструмент из твердого сплава, так как нагрев до 800°С мало влияет на его твердость.

Экспериментально установлено, что режущие свойства теряются при твердости инструмента 50 HRС, при температуре резания, что соответст­вует примерно 58 HRС (при комнатной температуре). Отсюда красностой­кость (теплостойкость) характеризуется температурой отпуска, при кото­рой за 4 часа твердость снижается до 58 HRС.

Горячая твердость и красностойкость определяются разупрочнением закаленной стали при нагреве необратимым изменением твердости.

Высокая твердость мартенсита обеспечивается растворением углеро­да в Fe_α. При отпуске из мартенсита в углеродистой стали выделяются мельчайшие частицы карбида железа Fe₃С.

При температуре 200°С карбиды находятся в мельчайшем (дис­персном) состоянии и твердость при этом снижается незначительно. При температуре нагрева, превышающей 200°С происходит рост карбидных выделений и твердость уменьшается.

Чтобы сталь устойчиво сохраняла твердость при нагревании, необхо­димо ее легировать такими элементами, которые затрудняли бы процесс коагуляции карбидов.

Если в сталь ввести карбидообразующие элементы в количестве, необходимом для образования специальных карбидов, то красностойкость скачкообразно возрастает. Специальные карбиды выделяются из мартенси­та и коагулируют при более высоких температурах, чем карбид железа, так как для их образования необходима не только диффузия углерода, но и диффузия легирующих элементов. Коагуляция специальных карбидов хрома, вольфрама, молибдена, ванадия происходит при температуре выше 500° С.

Таким образом, красностойкость стали можно повысить путем леги­рования карбидообразующими элементами (вольфрамом, молибденом, ва­надием, хромом) в количестве, при котором почти весь угле­род связывается в карбиды. Карбиды при нагреве под закалку переходят в твердый раствор.

Быстрорежущие стали были созданы в конце ХIХ века. В таблице 2 представлены несколько марок быстрорежущих сталей и их химсостав.

Таблица 2

Химический состав быстрорежущих сталей

Все быстрорежущие стали обозначаются буквой Р (рапид-скорость), следующая цифра - содержание вольфрама (буква В пропускается), затем указываются цифры после букв М, Ф, К, показывающие содержание молибдена, ванадия и кобальта.

Перед термической обработкой быстрорежущие стали, как правило, подвергают отжигу. Обычно проводят изотермический отжиг.

В таблице 3 приведены температурные режимы термической обра­ботки некоторых быстрорежущих сталей.

Таблица 3

Режим термической обработки инструментов из

быстрорежущих сталей