Быстрорежущие стали (теплостойкие стали)

Инструмент из быстрорежущих сталей (резцы, сверла, фрезы, шеверы, метчики, плашки, развертки, зенкеры, пилы, напильники) работает на скоростях, в 3...5 раз превышающих скорости работы инструмента из углеродистых сталей.

Быстрорежущие стали относят к ледебуритному классу, так как в структуре литых сталей, в том числе и в стали Р18, присутствует карбидная эвтектика (ледебурит) скелетообразного типа (рис. 2) из аустенита и карбидов, вторичных карбидов, выделяющихся из аустенита вследствие уменьшения растворимости углерода и легирующих элементов в нем при понижении температуры, сорбитообразного эвтектоида (темные поля) из феррита и карбидов.

При ковке разбиваются карбиды эвтектические, затем сталь (Р18) отжигается при 860...880 °С с медленным охлаждением до 500...600 °С или изотермической выдержкой при 730...750 °С.

Закалка изделий из стали Р18 производится на воздухе (крупные изделия – в масле) с температуры 1280 °С (см. табл. 1). Сталь в закаленном состоянии (рис. 3, а) состоит из K_I и небольшой доли К_II, мартенсита и аустенита остаточного (до 30 %), которые, будучи высоколегированными, при протравливании шлифа в 5...6 %-м растворе HNO₃ в спирте не окрашиваются и выглядят светлыми. Карбиды вторичные при нагреве стали до температур закалки в значительной мере растворяются в аустените, легируя его хромом, вольфрамом, ванадием и обеспечивая тем самым красностойкость стали.

Рис. 2. Микроструктура литой стали Р18 (ледебуритная эвтектика скелетного типа, сорбитообразный перлит, вторичные карбиды, аустенит). ×500

После закалки обычно проводится трехкратный отпуск стали при 560 °С, в результате в ее структуре уменьшается массовая доля аустенита остаточного (до 2 %), микроструктура (рис. 3, б) – мелкоигольчатый мартенсит отпуска, сильно травящийся в указанном реактиве, карбиды Ме₆С (Fe₃(W, Мо)₃С, (W, Fe)₆C), легированные ванадием. Возможно присутствие карбидов другого состава (Ме₂С) в небольших долях.

Широкое распространение находят вольфрамо-молибденовые быстрорежущие стали с пониженным содержанием вольфрама (вольфрам частично заменен молибденом). Например, сталь Р6М5 с несколько повышенным содержанием углерода (0,81...0,85 % вместо 0,7...0,8% встали Р18).

Рис. 3. Микроструктура стали Р18:

а – закаленная (мартенсит закалки, аустенит остаточный, обе фазы светлые, карбиды первичные и вторичные); б – закаленная и трижды отпущенная (мартенсит отпуска, карбиды первичные и вторичные). ×500

В структуре литой стали Р6М5 (рис. 4) по границам дендритов ферритокарбидного эвтектоида (темная структурная составляющая) располагается карбидная эвтектика (аустенит, карбид) преимущественно на базе карбида Ме₂С пластинчатого типа. Содержание эвтектики скелетообразного типа с карбидом Ме₆С и эвтектики с МеС очень мало. Эвтектика с карбидом Ме₂С пластичнее скелетообразной. Суммарное содержание эвтектик существенно ниже по сравнению с Р18. Поэтому появилась возможность получения инструмента из стали Р6М5 самым дешевым способом – литьем.

Схема термообработки сталей Р6М5 и Р18 представлена на рис. 5.

Рис. 4. Микроструктура литой стали Р6М5 (дендриты сорбитообразного перлита, карбиды вторичные, ледебуритная эвтектика и аустенит по границам дендритных ячеек). ×200

Рис. 5. Схема термообработки сталей Р6М5 и Р18