Свойства широкоприменяемых

быстрорежущих сталей [5, 25, 45, 99]

В сталях с 1,5–2,0% V часть атомов вольфрама в карбидах Me_хС заменена атомами ванадия, что позволяет уменьшить содержание вольфрама (от 18 до 12%) при содер­жании углерода 0,7%. При этом такие стали «сбалансирова­ны» на карбид Me_xС.

«Сбалансированности фазового состава» на карбид типа Me_xС отвечают также стали с содержанием 12% молибдена (рис. 11.2). Последнее означает, что по влиянию на фазовый состав 1% молиб­дена эквивалентен примерно 1,5% вольфрама.

Таким образом, при содержании в стали 1,5–2,0% ванадия «сбалансированная» на карбид Me_хС сталь по содержанию вольфра­ма и молибдена должна соответствовать соотношению: W + (1,4 – 1,5)Мо = 12 – 14%.

В силу вышеизложенного, наибольшее распространение вмировой практике производства быстрорежущей стали получили марки со следующим соотношением вольфрама и молибдена: 8 % W – 9 % Mо, 7% W – 4 % Mо, 6 % W – 5 % Mo, 2 % W – 8 % Mo, 1% W – 9 % Mо.

При выборе марок стали для конкретного применения следует учитывать, что вольфрамомолибденовые стали обладают повышен­ной вязкостью, однако, более чувствительны к обезуглероживанию и имеют более узкий интервал оптимальных закалочных темпера­тур.

Повышение износостойкости и теплостойкости быстрорежущих сталей достигается дополнительным легированием составов вана­дием и кобальтом с соответствующим изменением содержания углерода.

При легировании 2,5 – 5% W и увеличением содержания на каждые 1% W 0,2% C в стали образуется повы­шенное количество карбида Me_xС, который практически не раство­ряется при нагреве под закалку. Наличие в стали после закалки и отпуска ванадиевых карбидов этого типа обеспечивает изготов­ленному из нее инструменту повышенную износостойкость.

Рис. 11.2. Влияние содежания кобальта и вольфрама на теплопроводность l,теплостойкость q^* и предел прочности при изгибе s_и сталей с 4% Сr; 1,2–1,9% V и 0,8–0,85% С [101]

Повышенная теплостойкость таких сталей связана с тем, что часть ванадия, входящего в карбид Me_xС, при нагреве под закалку переходит в твердый раствор. Максимальная растворимость вана­дия в карбидах Me_хС в составах с содержанием W –1,5Мо = 12–14%.

Стали этой группы нашли наиболее широкое применение в России и мире (табл. 11.4). Наиболее распространенной маркой этой группы является сталь Р6М5ФЗ.

Наряду с высокой износостойкостью, ванадиевые стали обла­дают плохой шлифуемостью из–за присутствия карбидов ванадия, так как твердость последних не уступает твердости зерен шлифо­вального круга.

Введение кобальта в состав быстрорежущих сталей наиболее значительно повышает их твердость и теплостойкость (до 640–650°С).

Таблица 11.4

Некоторые составы высокованадиевых сталей [5]

* Здесь и далее цифра указывает страну, в стандарт которой включена данная сталь: 1 – Великобритания; 2 – Италия; 3 – Испания; 4 – страны СНГ; 5 – США; 6 – Франция; 7 – ФРГ; 8 – Чехословакия; 9 – Швеция; 10 – Япония

Кобальт не является карбидообразующим элементом, поэтому его введение приводит к увеличению температуры g ® a превраще­ний, повышается химическая активность углерода, вольфрама и молибдена в феррите, что является причиной образования увели­ченного количества дисперсных частиц, выполняющих роль фазовых упрочнителей при отпуске [25, 45]. Кроме того, повышается теп­лопроводность стали, так как кобальт является единственным ле­гирующим элементом, приводящим к такому эффекту.

Влияние кобальта на свойства быстрорежущей стали стано­вится заметным при его введении в сталь в количестве около 5% (см. рис. 11.2). В связи с указанным, типичные концентрации ко­бальта 5 – 8 и реже 10–12%.

Наиболее распространенные кобальтовые стали, включенные в стандарты различных стран, представлены в табл. 11. 5.

Наряду с большими достоинствами по износостойкости, твер­дости, теплостойкости и теплопроводности, кобальтовые стали имеют ряд существенных недостатков. Среди них относительно низкая пластичность, высокая склонность к обезуглероживанию, в процессе нагрева под горячую деформацию и закалку [1], сни­женная прочность при изгибе. Последний параметр сильно зависит также и от других легирующих элементов. В частности, большей прочностью обладают кобальтовые стали Р2М9К8 (s_и=3150–3350 МПа) и Р6М5К5 (s_и=2800 МПа), легированные молибденом, меньшей прочностью обладают вольфрамовые стали типа Р12Ф4К5 (s_и=2000 МПа) [5].

Исследования показали, что повы­шением относительного содержания углерода и корректировкой пределов содержания легирующих элементов можно повысить служебные свойства кобальтосодержащих быстрорежущих сталей без их существенного удорожания. В результате была создана группа сталей (М41–М47 стандарта США), называемых «сверхбыстрорежущи­ми». Широкое внедрение сталей этой группы оказалось возможным благодаря созданию современного оборудования для нагрева под горячую пластическую деформацию и термическую обработку, так как стали этой группы имеют более узкий интервал температур горя­чей обработки. К сталям этой группы можно отнести достаточно хорошо применяемые в промышленности стран СНГ марки Р12МЗФ2К5, Р12МЗФ2К8, Р12МЗФЗК10, Р9МЗК6С, Р6М5К5 и ряд других [104].

Таблица 11.5