Швидкорізальні інструментальні сталі

Для усіх марок швидкорізальних інструментальних сталей характерним є високий рівень легування, завдяки чому суттєво підвищується їх зносостійкість і червоностійкість (500–600 ˚С).

Основним легувальним елементом багатьох марок швидкорізальних інструментальних сталей є вольфрам, який входить до складу всіх марок у межах 5,5...19,5 %. Вольфрам зв'язує вуглець, утворюючи складні карбіди, завдяки яким сталь набуває високої твердості, температуро- та зносостійкості. Певним недоліком легування вольфрамом є зменшення теплопровідності сталі.

Оскільки вольфрам належить до дорогих і дефіцитних хімічних елемен-тів, то для зменшення його вмісту швидкорізальні сталі легують дешевшими молібденом, ванадієм, хромом і кобальтом.

Дія молібдену на властивості сталі є такою ж, як вольфраму, але прояв-ляється активніше. Введення молібдену дозволяє зменшити вміст у сталі дефіцитного вольфраму, але окрихчувальна дія цього елемента не дає змоги використовувати його у кількості більшій ніж 5 %. Присутність молібдену сприяє підвищенню теплопровідних властивостей сталей та зниженню темпе-ратури на лезах інструментів.

Легування сталей кобальтом підвищує червоностійкість (до 630–670 ˚С), зносостійкість і теплопровідність, а також твердість після відпуску, що дозво-ляє використовувати їх для оброблення з вищими швидкостями різання, а також для різання конструкційних сталей підвищеної твердості та пластич-ності. Разом із цим кобальт підвищує крихкість і схильність до утворення тріщин, чутливість до зневуглецювання під час гартування. Кобальтові сталі рекомендуються для оброблення жароміцних важкообробних сталей і сплавів, коли різання відбувається без вібрації та ударних навантажень.

Присутність ванадію суттєво підвищує контактну твердість сталі, але зменшує її теплопровідність. Недолік ванадієвих швидкорізальних сталей – схильність до пригарів під час шліфування та загострення. Ванадієві сталі рекомендується застосовувати для інструментів, призначених для чистового оброблення та інструментів з малою шириною різальних лез.

Додавання хрому (3,0–4,6 %) поліпшує технологічні властивості швидко-різальних сталей під час термооброблення, зокрема, сприяє повнішому про-гріванню та утворенню мартенситної структури з однорідною твердістю за всім поперечним перерізом інструмента. Цей елемент дещо підвищує твердість і зносостійкість швидкорізальних сталей, полегшує їх механічне оброблення різанням, проте не впливає на температуростійкість.

Принципи маркування швидкорізальних сталей ті ж, що й конструкт-ційних, але вольфрам у них закодований буквою Р; маркування не дає інфор-мації про вміст вуглецю. В умовному позначенні швидкорізальної сталі перша цифра інформує про відсотки вольфраму, друга – молібдену, третя – хрому, четверта – ванадію, п’ята – кобальту, якщо він є у складі сталі.

Згідно з ГОСТ 9373–81 у промисловості застосовують дві групи швидко-різальних сталей:

а) нормальної продуктивності – це вольфрамові сталі Р18, Р12, Р9, а також їхні різновиди Р9М, Р18М, Р18Ф2 та вольфрамо-молібденові сталі Р6М5, Р6М3;

б) підвищеної продуктивності, які містять кобальт і більшу кількість ванадію.

Сталі першої групи є універсальними, а сталі другої групи мають меншу сферу використання, вони призначені головно для оброблення жароміцних і важкообробних матеріалів.

До першої групи сталей належать основні швидкорізальні сталі Р9 та Р18. Вміст вуглецю в них коливається в межах від 0,7 до 0,95 %, хрому 3,8–0,03 %, нікелю і марганцю – менше за 0,4 %, сірки та фосфору менше – за 0,03 % відповідно.

У сталях Р9М та Р18М молібден замінюють вольфрамом у співвід-ношенні 1 % Mo, 2 % W.

Сталь Р18 у зоні низьких швидкостей має найвищу зносостійкість. Гартована сталь добре зберігає в’язкість, тому її широко застосовують для інструментів, які працюють з ударними навантаженнями. У загартованому стані добре шліфується, з неї виготовляють інструменти складних і тонких профілів. Проте сталь Р18 є дефіцитною через великий вміст вольфраму.

Сталь Р9 має високу зносостійкість, особливо в зоні високих швидкостей, добру червоностійкість. В’язкість після гартування у неї дещо нижча ніж у сталі Р18. Сталь Р9 вимогливіша до режиму гартування. Порівняно низький вміст вольфраму робить її дешевшою і придатною для усіх інструментів монолітних, складених і збірних конструкцій простої конфігурації, що працю-ють в умовах високих швидкостей різання.

Сталі Р9М і Р18М характеризуються меншою карбідною неоднорідністю порівняно із сталями Р9 та Р18, проте більшою схильністю до зневуглецювання, що вимагає нагрівати під гартування у спеціальних печах із захисною атмосферою.

Сталь Р18Ф2 має вищу червоностійкість (до 625–630 ˚С) та вищі різальні властивості порівняно зі сталлю Р18. Це дає можливість використовувати її для оброблення високоміцних сталей (σ_в ≤ 1 ГПа). Вона добре обробляється шліфуванням, але характеризується високою карбідною неоднорідністю, тому її використовують для виготовлення інструментів малих перерізів.

Сталі підвищеної працездатності ділять на дві групи:

а) кобальтові (Р9К5, Р9К10, Р18Ф2К5, Р10Ф5К5);

б) ванадієві (Р9Ф5, Р14Ф4).

Сьогодні високолеговані швидкорізальні сталі використовують для виго-товлення всіх видів і типорозмірів інструментів практично для всіх методів оброблення металів різанням.