1.3. Легированные стали

Низколегированные стали для режущего инструмента (13Х, 9ХС) также не обладают высокой теплостойкостью и обычно при­годны для работы при температурах не более 200—250 °С. Сред_: нелегированные стали типа 9Х5ВФ, 8Х4ВЗМЗФ2 имеют более высокую теплостойкость (300—400 °С). В отличие от углероди­стых легированные стали обладают большей устойчивостью пере­охлажденного аустенита, следовательно большой прокаливае-мостью и несколько более высокой износостойкостью.

Их можно закаливать в масле до критического диаметра 40 мм и более. Применение масла или горячих закалочных сред позво­ляет уменьшить деформацию и коробление инструмента. Он может иметь большее сечение, а благодаря меньшему коробле­нию — и большую длину.

Низколегированная сталь 13Х имеет сравнительно неглубо­кую прокаливаемость и рекомендована для инструментов диа­метром до 15 мм. Из этой стали изготавливают хирургический, гравировальный инструменты, лезвия безопасных бритв.

Стали 9ХС, ХВГ, ХВСГ используют для изготовления инстру­ментов крупного сечения: сверл, разверток, протяжек диаме­тром 60—80 мм (табл. 14, ГОСТ 5950—73).

Обычная термическая обработка легированных режущих ста­лей состоит из закалки от 830—870 °С в масле или ступенчатой закалки и отпуска при температуре 200 °С. Твердость после тер­мообработки составляет HRC 61—65. Если необходимо увели­чить вязкость, то температуру отпуска повышают до 200—300 °С. Вследствие некоторого распада мартенсита твердость после этого снижается до HRC 55—60.

1.4. Быстрорежущие стали

С увеличением скорости резания возрастают требования к тепло­стойкости стали. Этим требованиям в большей мере удовлетворяют? быстрорежущие стали.

Быстрорежущие стали маркируют буквой Р (rapid быстрый, скорый), цифры показывают среднее содержание вольфрама,

являющегося основным легирующим элементом. Среднее содер­жание углерода и хрома во всех быстрорежущих сталях обычно составляет соответственно 1 и 4 %, поэтому эти элементы не указываются. Содержание остальных легирующих в целых про­центах указывается как обычно в цифрах, следующих за их буквенным обозначением.

Быстрорежущая сталь после закалки и отпуска имеет струк­туру высоколегированного отпущенного мартенсита с карбидами. Она сохраняет первоначальную структуру практически неизмен­ной при нагреве до 600—620 °С. Резцы из быстрорежущей стали позволяют увеличить скорость резания в 8—10 раз по сравнению с инструментом из углеродистых сталей У10—У10А.

Химический состав некоторых быстрорежущих сталей при­веден в табл. 15 (ГОСТ 19265—73).

Известно, что потери твердости при нагреве обусловлена в пер­вую очередь, коагуляцией выделившихся карбидов. Коагуляция карбидов в углеродистой и легированной сталях при температу­рах более 300 °С ведет к быстрой потере твердости. Теплостойкость быстрорежущих сталей обусловлена легированием их карбидо-образующими элементами вольфрамом, ванадием и молибденом в количествах, достаточных для связывания почти всего углерода в специальные карбиды. Они коагулируют при температурах более 600 °С.

Микроструктура быстрорежущей стали приведена на рис. 126. При затвердевании литой быстрорежущей стали образуется эвтек­тика, напоминающая ледебурит и располагающаяся по границам зерен. После ковки или прокатки сетка эвтектики подвергается дроблению с измельчением входящих в нее карбидов и более равномерным их распределением в основной матрице.

После прокатки или ковки быстрорежущую сталь подвергают изотермическому отжигу для уменьшения твердости и облегчения механической обработки. Сталь выдерживают при 740 °С до пол­ного превращения аустенита в перлито-сорбитную структуру.

Высокую теплостойкость инструмент из быстрорежущих ста­лей приобретает после закалки и многократного отпуска. При нагреве под закалку необходимо обеспечить максимальное раство­рение карбидов и получение высоколегированного аустенита. Такая структура увеличивает прокаливаемость и позволяет полу-

чить после закалки мартенсит с высокой теплостойкостью. Тем­пература закалки сталей составляет: Р18 — 1270—1290 Р9 -~ 1220-1240, Р6М5— 1210-1230 °С. Во избежание трещин и деформации инструмента из-за низкой теплопроводности сталей

применяют ступенчатый нагрев под закалку в расплавленных со­лях, а закалку производят в масле.

После закалки структура быстрорежущей стали состоит из высоколегированного мартенсита, содержащего 0,3—0,4 % С, не­растворенных при нагреве избыточных карбидов и около 30 % остаточного аустенита. Остаточный аустенит снижает твердость, режущие свойства стали, ухудшает ее шлифуемость и его при­сутствие в структуре нежелательно.

П ри многократном отпуске из остаточного аустенита выде­ляются дисперсные карбиды, легированность аустенита уменьшается и он претерпевает мартенситное превращение. Обычно применяют трехкратный отпуск при 550—570 °С в течение 45— 60 мин. Режим термической обработки инструмента из быстро­режущей стали Р18 приведен на рис. 127. Число отпусков может быть сокращено при обработке холодом после закалки, в резуль­тате которой уменьшается содержание остаточного аустенита. Обработке холодом подвергают инструменты сравнительно простой формы. Твердость стали после закалки HRC 62—63, а после отпуска она увеличивается до HRC 63—65.

Известно применение порошков быстрорежущих сталей для изготовления инструмента. Исходная шихта состоит из предвари­тельно тонко измельченной стружки быстрорежущей стали, кото­рую формуют в холодном состоянии с последующим спеканием сформованных заготовок. Спекание производят в вакууме при температуре 1200—1250 °С в течение 3—5 ч. Для уменьшения пористости порошковую быстрорежущую сталь подвергают горя­чей штамповке или горячему прессованию. После этого изделия подвергают термической обработке, характерной для данной марки стали.

Порошковая быстрорежущая сталь обладает значительно более высокой теплостойкостью, чем сталь, изготовленная традицион­ными методами, и, как следствие, большей износостойкостью. Это объясняется более высокой степенью легированности аусте- нита элементами, входящими в состав стали, мелкодисперсной структурой и равномерным распределением карбидной фазы. В структуре порошковой быстрорежущей стали отсутствует кар­бидная неоднородность. Быстрорежущая сталь, изготовленная методом порошковой металлургии, имеет стойкость в 1,5—2 раза выше, чем быстрорежущая сталь, полученная традиционным способом.